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Enregistrement W4410350959 · doi:10.1101/2025.05.07.652750

Improving plant functional annotation from knowledge graphs using Graph Neural Networks

2025· preprint· en· W4410350959 sur OpenAlexaff
Tran Gia Bao Ngo, Christophe Liseron-Monfils, Jordan Ubbens, Paula Ashe, David Konkin

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2025
Typepreprint
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueData Mining Algorithms and Applications
Établissements canadiensNational Research Council Canada
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésKnowledge graphComputer scienceAnnotationArtificial neural networkGraphArtificial intelligenceTheoretical computer science

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Annotating genes is essential to crop development, and understanding gene functions sheds light on developing crop improvement strategies, such as marker-assisted breeding, genetic modification, or pest resistance. Through an extensive experimental effort and computational annotation projection, tens of thousands of genes have been annotated across plant species, with most of the gene annotations focusing on a well-studied species, Arabidopsis thaliana, but this represents a small fraction of the hundreds of thousands of genes across these different plant species. Phenotypes and their traits result from multiple processes and events involving multiscale information encoded from different omics, such as genomes, proteomes, or transcriptomes. This stresses a need for an efficient computational approach to capture and integrate information from biological networks and transfer this knowledge from well-studied species to unknown species to annotate and discover functional relationships between annotations and genes. Despite recent progress, existing methods only consider one or a few omics levels to perform reasoning on functional annotation-to-gene relations. The main objective of this study is to generate and explore a large-scale plant biological knowledge graph, the DasDB, and to enrich gene functional annotation linked to genes in different species using graph neural networks (GNNs). Integrating various data sources from different omics has resulted in a comprehensive graph database, facilitating researchers’ in-depth understanding of complex biological networks at the highest level. In addition, applying GNNs on a large-scale knowledge graph database has shown promise in the ability of deep learning models to transfer this information from well-studied plant species to less-characterized plant species, outperforming the transfer of information done using only orthology relationships. This study benchmarks a new research direction in producing new functional annotation discovery in plant species with limited functional annotations. This pipeline was applied to a specific research problem: the mechanism involved in pea nodule nitrogen fixation. We identified known gene markers of this process through a systematic analysis of the DasDB, showing the relevance of our approach. Furthermore, new potential targets to better understand and improve this process were identified.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,810
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,021
Tête enseignante GPT0,228
Écart entre enseignants0,207 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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