Development of a framework for optimizing breeding schemes with reinforcement learning

开发利用强化学习优化育种方案的框架

• 批准号: 20J21231
• 负责人: 濱崎 甲資
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J21231/
• 关键词: 育種; 育種計画; 選抜基準; 最適化; ゲノミック予測; ゲノミック選抜; 長期的戦略; 後代分散; 選抜指標

ゲノム情報から作物の表現型を予測し、その予測値に基づき選抜を行うゲノミック選抜が近年注目を浴びている。しかし従来のゲノミック選抜では、単に「予測値の高いものを選ぶ」戦略が用いられることが多く、世代を重ねるごとに育種集団内で変異が固定され多様性が失われることが多かった。そのため本研究では、こうした短期的に有利な戦略ではなく、「中・長期的な」戦略（5~10世代）において、与えられた育種集団のマーカー遺伝子型・表現型情報から、「最適な」遺伝子型を得るためのシステムの構築を行った。ここでの「最適な」遺伝子型とは、決まった世代の後に得られる最も遺伝的能力が高い遺伝子型（系統）を指す。これにより,これまでの育種家が経験的に行ってきた「育種の最適化」を客観的手法で実現し、遺伝的改良程度が最大になるように交雑・選抜（各交配組に対する次世代個体数）を最適化する枠組みの実現を目指した。具体的な実績としては、既存の選抜基準を選抜だけでなく、交配戦略の一つである各交配親に割り当てる次世代個体数の決定に応用し、さらにどの選抜基準をどれだけ重要視するか、ということについて最適化を行った。また、こうした既存の選抜基準のアップグレードにとどまらず、交配後代の遺伝分散も各交配組の次世代個体数の決定に利用した。これにより、より長期的な育種に有効な交配組を重視することが可能となり、結果として、真のマーカー効果を想定した場合には、最適化を行わず次世代個体を等しく割り当てる時と比較して、最終的に作出される品種の遺伝的能力が安定的かつ飛躍的に向上することを示した。同内容はすでに国際学会の招待講演にて発表されているほか、国内学会においては優秀発表賞も受賞した。また、現在は投稿論文をTheoretical and Applied Genetics誌に投稿中である。

ゲノムInformationからCrop's phenotypeをforecastし、その forecast値にbasedづき选抜を行うゲノミック选抜がAttentionを bathびている in recent years.しかし従来のゲノミック选抜では、単に「 Prediction の高いものを选ぶ」戦性が用いられることThere is a lot of difference between generations, and there is a lot of difference in the breeding group. This research is based on the short-term favorable war strategy, "medium and long-term war strategy (5~10 generations)", and The えられたbreeding group's のマーカーhereditary type and phenotype information から, "the most suitable" inherited 伝子TYPE るためのシステムのconstructed を行った.ここでの「Optimum」とは, 杀まったgenerationの后に got られるmost も伝’s ability が高い缝子TYPE (system) を Refers to.これにより, これまでのbreeder が経験’s に行ってきた「Breeding のOptimization」を客榳’s technique and the improvement process of the legacy The maximum degree of mating is the number of individuals in the next generation (the number of individuals in each mating group) and the optimal mating group is the best. The specific な実achii としては, the existing selection criteria を选抜だけでなく, and the mating strategy の一つであるeach mating parent is cut off and becomes the next generation The determination of the number of individuals in the generation is based on the selection criteria and the importance of the selection criteria and the optimization of the selection criteria.また、こうした Existing selection criteria のアップグレードにとどまらず、Mating offspring の缝dispersion もThe number of next-generation individuals in each mating group is determined and utilized した. The long-term breeding of これにより and より is effective and the mating group is focused on the possibility of することがとなり, result として, true のマーカーeffect をscenario したoccasion には, optimizationを行わずThe next generation individual をWaiting しく Cut りWhen て る と し て, the final に makes さ れ る variety の 伝 ability が stable か つ leap に upward す る こ と を Show し た. The same content is given to the International Society’s reception lecture and the Domestic Society’s Outstanding Lecture Award.また、The paper is currently being submitted. The journal Theoretical and Applied Genetics is currently being submitted.

项目成果

ハプロタイプ系統関係に基づく GWAS を用いた 遺伝子効果の検出と推定

基于单倍型系统发育关系的 GWAS 检测和估计基因效应

• 发表时间: 2020
• 作者: 濱崎甲資;石森元幸;坂本莉沙;戸田悠介;大森良弘;山崎裕司;高橋宏和;高梨秀樹;津田麻衣;鐘ケ江弘美;辻本壽;澤田有司;加賀秋人;中園幹生;藤原徹;岩田洋佳
• 通讯作者: 岩田洋佳

後代の予測育種価に基づく交配組合せの選択：アカジソ複数F3集団を用いた交配計画への応用

基于后代育种预测值的交配组合选择：在红胸紫苏多个F3群体交配规划中的应用

• 发表时间: 2023
• 作者: 木下青;櫻井建吾;濱崎甲資;陳泰伸;津坂宜宏;櫻井美希;黒沢輝枝;白澤健太;磯部祥子;岩田洋佳
• 通讯作者: 岩田洋佳

Simulation-based future-oriented strategy can optimize decision making in a breeding program

基于模拟的面向未来的策略可以优化育种计划中的决策

• DOI: 10.1101/2023.01.25.525616
• 发表时间: 2023
• 期刊: bioRxiv
• 作者: Hamazaki Kosuke;Iwata Hiroyoshi
• 通讯作者: Iwata Hiroyoshi

Development of a novel GWAS method for the detection of causal genes with population specific allelic effects

开发一种新的 GWAS 方法，用于检测具有群体特异性等位基因效应的致病基因

• 发表时间: 2022
• 作者: 戸田悠介;濱崎甲資;岡田眞銀;櫻井建吾;藤佑志郎;大森良弘;山崎裕司;高橋宏和;高梨秀樹;津田麻衣;鐘ケ江弘美;平井優美;辻本壽;加賀秋人;中園幹生;藤原徹;市橋泰範;岩田洋佳;Kosuke Hamazaki
• 通讯作者: Kosuke Hamazaki

ダイズの乾燥耐性を対象としたマルチオミクスデータの網羅的ゲノムワイド関連解析

大豆耐旱性多组学数据的全面全基因组关联分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 戸田悠介;濱崎甲資;岡田眞銀;櫻井建吾;藤佑志郎;大森良弘;山崎裕司;高橋宏和;高梨秀樹;津田麻衣;鐘ケ江弘美;平井優美;辻本壽;加賀秋人;中園幹生;藤原徹;市橋泰範;岩田洋佳
• 通讯作者: 岩田洋佳