High-Throughput Phenotyping and Genomic Prediction in Multi-Environment Plant Breeding Field Trials
Notice bibliographique
Résumé
Plant breeding requires phenotyping for multiple traits throughout the growing season in large, multilocation field trials. This large-scale phenotyping produces the data necessary to select lines with a desirable combination of traits. The use of unoccupied aerial vehicles (UAVs) equipped with sensors to assist breeding programs in field data collection offers potential to overcome challenges with manual phenotyping. UAV-based imaging also offers opportunities to monitor and measure field trials in ways not previously possible. However, approaches to use image data most effectively to support field trial evaluation are still lacking. In this thesis, a diverse hexaploid wheat (Triticum aestivum L.) nested-association mapping population consisting of 1160 recombinant inbred lines was evaluated in yield trials conducted at three locations during the 2020 and 2021 growing seasons. UAV-based multispectral imaging was conducted at 10-15 timepoints throughout phenological development and spectral summary statistics, spectral indices, and texture features were extracted at each timepoint. LASSO regression models trained on image feature sets were able to predict days to heading (mean R2 = 0.76), days to maturity (mean R2 = 0.84), plant height (mean R2 = 0.70), and grain yield (mean R2 = 0.64) within testing environments more accurately than a gradient boosted decision tree, simple linear regression, and spatial models. Cross-environment prediction was conducted, and higher grain yield prediction accuracies were observed for LASSO regression models using image features (mean R2 = 0.34) than genomic prediction models alone (mean R2 = 0.26). However, the best cross-environment grain yield predictions were observed by combining image feature and genomic prediction models (mean R2 = 0.39). Image-based prediction modeling was also applied to durum wheat (Triticum turgidum L. var durum) breeding population field trials of over 2600 yield plots evaluated in four environments. Within-environment LASSO regression prediction accuracies of up to R2 = 0.88 were observed, indicating the potential for high-throughput phenotyping of complex traits in breeding populations. Genome-wide association mapping of image features was performed and significant marker-trait associations for all features were identified. The texture feature Energy was highlighted as detecting a marker-trait association near the locus of the wheat height gene Rht-B1. Visual inspection of plot images revealed Energy detected the presence of lodging. This thesis provides insight into the potential application of high-throughput phenotyping and genomic prediction to improve the evaluation of wheat breeding field trials.
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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 | 0,003 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| 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 ».