2022-12-28 15:20:57
近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所、三亞南繁研究院大數(shù)據(jù)智能設(shè)計育種創(chuàng)新團(tuán)隊聯(lián)合多家單位提出利用植物海量多組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行全基因組預(yù)測的深度學(xué)習(xí)方法, 可以實(shí)現(xiàn)育種大數(shù)據(jù)的高效整合與利用，將助力深度學(xué)習(xí)在全基因組選擇中的應(yīng)用，為智能設(shè)計育種及平臺構(gòu)建提供有效工具。相關(guān)研究成果發(fā)表在《分子植物（Molecular Plant）》上。
全基因組選擇作為新一代育種技術(shù)，通過構(gòu)建預(yù)測模型，根據(jù)基因組估計育種值進(jìn)行早期個體的預(yù)測和選擇，從而縮短育種世代間隔，加快育種進(jìn)程，節(jié)約成本，推動現(xiàn)代育種向精準(zhǔn)化和高效化方向發(fā)展。統(tǒng)計模型作為全基因組選擇的核心，極大地影響了全基因組預(yù)測的準(zhǔn)確度和效率。傳統(tǒng)預(yù)測方法基于線性回歸模型，難以捕捉基因型和表型間的復(fù)雜關(guān)系。相較于傳統(tǒng)模型，非線性模型（如深度網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)）具備分析復(fù)雜非加性效應(yīng)的能力，人工智能和深度學(xué)習(xí)算法為解決大數(shù)據(jù)分析和高性能并行運(yùn)算等難題提供了新的契機(jī)，深度學(xué)習(xí)算法的優(yōu)化將會提高全基因組選擇的預(yù)測能力。
全基因組選擇新方法與幾種傳統(tǒng)預(yù)測方法對比
該研究團(tuán)隊以玉米、小麥和番茄3種作物的4種不同維度的群體數(shù)據(jù)為測試材料，通過創(chuàng)新深度學(xué)習(xí)算法框架開發(fā)了全基因組選擇新方法。與其他五種主流預(yù)測方法相比，該方法有以下優(yōu)點(diǎn)：可以利用多組學(xué)數(shù)據(jù)開展全基因組預(yù)測；算法設(shè)計中包含批歸一化層、回調(diào)函數(shù)和校正線性激活函數(shù)等結(jié)構(gòu)，可以有效降低模型錯誤率，提高運(yùn)行速度；預(yù)測精度穩(wěn)健，在小型數(shù)據(jù)集上的表現(xiàn)與目前主流預(yù)測模型相當(dāng)，在大規(guī)模數(shù)據(jù)集上預(yù)測優(yōu)勢更加明顯；計算時間與傳統(tǒng)方法相近，比已有深度學(xué)習(xí)方法提速近10倍；超參數(shù)調(diào)整對用戶更加友好。
該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、海南崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的支持。
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