Machine learning classification of plant genotypes grown under different light conditions through the integration of multi-scale time-series data
Notice bibliographique
Résumé
In order to mitigate the effects of a changing climate, agriculture requires more effective evaluation, selection, and production of crop cultivars in order to accelerate genotype-to-phenotype connections and the selection of beneficial traits. Critically, plant growth and development are highly dependent on sunlight, with light energy providing plants with the energy required to photosynthesize as well as a means to directly intersect with the environment in order to develop. In plant analyses, machine learning and deep learning techniques have a proven ability to learn plant growth patterns, including detection of disease, plant stress, and growth using a variety of image data. To date, however, studies have not assessed machine learning and deep learning algorithms for their ability to differentiate a large cohort of genotypes grown under several growth conditions using time-series data automatically acquired across multiple scales (daily and developmentally). Here, we extensively evaluate a wide range of machine learning and deep learning algorithms for their ability to differentiate 17 well-characterized photoreceptor deficient genotypes differing in their light detection capabilities grown under several different light conditions. Using algorithm performance measurements of precision, recall, F1-Score, and accuracy, we find that Suport Vector Machine (SVM) maintains the greatest classification accuracy, while a combined ConvLSTM2D deep learning model produces the best genotype classification results across the different growth conditions. Our successful integration of time-series growth data across multiple scales, genotypes and growth conditions sets a new foundational baseline from which more complex plant science traits can be assessed for genotype-to-phenotype connections.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».