fastSTRUCTURE: variational inference of population structure in large SNP data sets.
fastSTRUCTURE: variational inference of population structure in large SNP data sets.
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DOI：
10.1534/genetics.114.164350
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发表时间：
2014-06
期刊：
影响因子：
3.3
通讯作者：
Pritchard JK
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Raj A;Stephens M;Pritchard JK
从遗传数据估计群体结构的工具现在被广泛应用于群体遗传学中。然而，在大型现代数据集推断人口结构带来了严峻的计算挑战。在这里，我们开发了有效的算法，使用变分贝叶斯框架的结构程序的基础模型的近似推理。变分方法将计算相关后验分布的问题作为优化问题，使我们能够基于优化理论的最新进展来开发快速推理工具。此外，我们提出了有用的启发式分数，以确定在一个数据集和一个新的层次结构，以检测弱人口结构的数据中所代表的人口数量。我们测试变分算法的模拟数据，并说明使用基因型数据从CEPH-人类基因组多样性小组。变分算法比STRUCTURE快近两个数量级，并达到与ADMIXTURE相当的精度。此外，我们的研究结果表明，选择模型复杂性的启发式得分提供了一个合理的范围内的值的人口在数据中表示的数量，与最小的偏向检测结构时，它是非常弱的。我们的算法fastSTRUCTURE可在http://pritchardlab.stanford.edu/structure.html上免费获得。
Tools for estimating population structure from genetic data are now used in a wide variety of applications in population genetics. However, inferring population structure in large modern data sets imposes severe computational challenges. Here, we develop efficient algorithms for approximate inference of the model underlying the STRUCTURE program using a variational Bayesian framework. Variational methods pose the problem of computing relevant posterior distributions as an optimization problem, allowing us to build on recent advances in optimization theory to develop fast inference tools. In addition, we propose useful heuristic scores to identify the number of populations represented in a data set and a new hierarchical prior to detect weak population structure in the data. We test the variational algorithms on simulated data and illustrate using genotype data from the CEPH–Human Genome Diversity Panel. The variational algorithms are almost two orders of magnitude faster than STRUCTURE and achieve accuracies comparable to those of ADMIXTURE. Furthermore, our results show that the heuristic scores for choosing model complexity provide a reasonable range of values for the number of populations represented in the data, with minimal bias toward detecting structure when it is very weak. Our algorithm, fastSTRUCTURE, is freely available online at http://pritchardlab.stanford.edu/structure.html.
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