GPS: Harnessing data fusion strategies to improve the accuracy of machine learning-based genomic and phenotypic selection
Notice bibliographique
Résumé
Genomic selection (GS) and phenotypic selection (PS) are widely used for accelerating plant breeding. However, the accuracy, robustness, and transferability of these two selection methods are underexplored, especially when addressing complex traits. In this study, we introduce a novel data fusion framework, GPS (genomic and phenotypic selection), designed to enhance predictive performance by integrating genomic and phenotypic data through three distinct fusion strategies: data fusion, feature fusion, and result fusion. The GPS framework was rigorously tested using an extensive suite of models, including statistical approaches (GBLUP and BayesB), machine learning models (Lasso, RF, SVM, XGBoost, and LightGBM), a deep learning method (DNNGP), and a recent phenotype-assisted prediction model (MAK). These models were applied to large datasets from four crop species, maize, soybean, rice, and wheat, demonstrating the versatility and robustness of the framework. Our results indicated that: (1) data fusion achieved the highest accuracy compared with the feature fusion and result fusion strategies. The top-performing data fusion model (Lasso_D) improved the selection accuracy by 53.4% compared to the best GS model (LightGBM) and by 18.7% compared to the best PS model (Lasso). (2) Lasso_D exhibited exceptional robustness, achieving high predictive accuracy even with a sample size as small as 200 and demonstrating resilience to single-nucleotide polymorphism (SNP) density variations, underscoring its adaptability to diverse data conditions. Moreover, the model's accuracy improved with the number of auxiliary traits and their correlation strength with target traits, further highlighting its adaptability to complex trait prediction. (3) Lasso_D demonstrated broad transferability, with substantial improvements in predictive accuracy when incorporating multi-environmental data. This enhancement resulted in only a 0.3% reduction in accuracy compared to predictions generated using data from the same environment, affirming the model's reliability in cross-environmental scenarios. This study provides groundbreaking insights, pushing the boundaries of predictive accuracy, robustness, and transferability in trait prediction. These findings represent a significant contribution to plant science, plant breeding, and the broader interdisciplinary fields of statistics and artificial intelligence.
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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 | 0,006 | 0,009 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 ».