網羅的画像解析による育種家の感性のモデル化とカンキツ果実形質の遺伝システムの解明

カンキツの育種において、剥皮性、果実硬度などの果実形質の多くは育種家の感性により評価されているが、とくに剥皮性・果実硬度などは、指標となる果実の形態的な特徴との関連が明らかになっていない。そこで本研究では、剥皮性・果実硬度の指標となる果実形態の特徴を明らかにするために、定性的に評価された剥皮性・果実硬度と、カンキツ果実の横断面の画像解析から定量的に評価された果実形態の特徴との関係を、機械学習のモデルを用いて明らかにした。農研機構で収集されたカンキツ品種群の果実横断面の画像を解析に用いた。定性的に評価された剥皮性・果実硬度と、定量的に評価された複数の果実形態の特徴との関係は、線形及び、非線形の回帰手法を用いてモデル化を行った。その結果、果芯の崩壊程度は剥皮性・果実硬度の両形質と有意な関連を示し、果実の面積に対する種子面積の割合は果実硬度でのみ有意な関連を示した。次に、果実の横断面の画像を用いて、剥皮の難易もしくは果実の硬軟を判別する深層学習のモデルを学習させた。この学習済みのモデルを用いた勾配重み付けクラス活性化マッピング法により、剥皮の難易もしくは果実の硬軟の判別に寄与する果実形態の特徴を可視化した。その結果、果芯の崩壊領域の特徴が、剥皮の難易と果実の硬軟の判別に有意に寄与していることが示された。一方で、種子の領域の特徴は、果実の硬軟の判別でのみ有意に寄与していることが示された。以上より、機械学習モデルの可視化手法を組み合わせることで、育種家の感性の指標となる果実形態の特徴を明らかにできる可能性が示唆された。

カンキツの育種において、剥皮性、果実硬度などの果実形質の多くは育種家の感性により評価されているが、とくに剥皮性・果実硬度などは、指標となる果実の形態的な特徴との関連が明らかになっていない。そこで本研究では、剥皮性・果実硬度の指標となる果実形態の特徴を明らかにするために、定性的に評価された剥皮性・果実硬度と、カンキツ果実の横断面の画像解析から定量的に評価された果実形態の特徴との関係を、機械学習のモデルを用いて明らかにした。農研機構で収集されたカンキツ品種群の果実横断面の画像を解析に用いた。定性的に評価された剥皮性・果実硬度と、定量的に評価された複数の果実形態の特徴との関係は、線形及び、非線形の回帰手法を用いてモデル化を行った。その結果、果芯の崩壊程度は剥皮性・果実硬度の両形質と有意な関連を示し、果実の面積に対する種子面積の割合は果実硬度でのみ有意な関連を示した。次に、果実の横断面の画像を用いて、剥皮の難易もしくは果実の硬軟を判別する深層学習のモデルを学習させた。この学習済みのモデルを用いた勾配重み付けクラス活性化マッピング法により、剥皮の難易もしくは果実の硬軟の判別に寄与する果実形態の特徴を可視化した。その結果、果芯の崩壊領域の特徴が、剥皮の難易と果実の硬軟の判別に有意に寄与していることが示された。一方で、種子の領域の特徴は、果実の硬軟の判別でのみ有意に寄与していることが示された。以上より、機械学習モデルの可視化手法を組み合わせることで、育種家の感性の指標となる果実形態の特徴を明らかにできる可能性が示唆された。