Artificial intelligence and classical methods in animal genetics and breeding
- Autores: Soloshenkov А.D.1,2, Soloshenkova E.A.1, Semina M.T.1, Spasskaya N.N.3, Voronkova V.N.1, Stolpovky Y.A.1
-
Afiliações:
- Vavilov Institute of General Genetic, Russian Academy of Sciences
- Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy
- Moscow State University
- Edição: Volume 60, Nº 7 (2024)
- Páginas: 3-16
- Seção: ОБЗОРНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СТАТЬИ
- URL: https://rjpbr.com/0016-6758/article/view/667226
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0016675824070017
- EDN: https://elibrary.ru/BIMRAP
- ID: 667226
Citar
Resumo
The article analyses basic methods of population genetics and animal breeding, as well as mathematical methods of machine learning used in animal breeding. The training of cat boost library models was carried out on the example of two domesticated species – domestic horse (Equus caballus) and reindeer (Rangifer tarandus). Data from microsatellite panels of 16 and 17 loci, respectively, were used to train the model using data on domesticated and wild reindeer, European and Russian horse breeds. The standard indicators: accuracy, precision, recall and f1 were calculated to determine the success of the model. Confusion matrices were constructed. New possibilities of identification of animal breed affiliation were shown.
Texto integral

Sobre autores
А. Soloshenkov
Vavilov Institute of General Genetic, Russian Academy of Sciences; Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy
Autor responsável pela correspondência
Email: alesol@rgau-msha.ru
Rússia, 119991, Moscow; 127434, Moscow
E. Soloshenkova
Vavilov Institute of General Genetic, Russian Academy of Sciences
Email: alesol@rgau-msha.ru
Rússia, 119991, Moscow
M. Semina
Vavilov Institute of General Genetic, Russian Academy of Sciences
Email: alesol@rgau-msha.ru
Rússia, 119991, Moscow
N. Spasskaya
Moscow State University
Email: alesol@rgau-msha.ru
Zoo museum
Rússia, 125009, MoscowV. Voronkova
Vavilov Institute of General Genetic, Russian Academy of Sciences
Email: alesol@rgau-msha.ru
Rússia, 119991, Moscow
Y. Stolpovky
Vavilov Institute of General Genetic, Russian Academy of Sciences
Email: alesol@rgau-msha.ru
Rússia, 119991, Moscow
Bibliografia
- Моисеева И.Г., Уханов С.В., Столповский Ю.А. и др. Генофонды сельскохозяйственных животных. Генетические ресурсы животноводства России. М.: Наука, 2006. 462 с.
- Weigel K.A., VanRaden P.M., Norman H.D., Grosu H. A 100-year review: Methods and impact of genetic selection in dairy cattle-from daughter-dam comparisons to deep learning algorithms // J. Dairy Sci. 2017. V. 100. № 12. P. 10234–10250.
- Храброва Л.А., Зайцев А.М., Суходольская И.В. и др. Проблемы учета и сохранения аборигенных пород лошадей // Аборигенное коневодство России: история, современность, перспективы: Сб. науч. трудов по матер. II Всеросс. научно-практ. конф. с междунар. участием. Мезень, 2018. С. 170–176.
- Николаева Э.А., Спасская Н.Н., Столповский Ю.А., Воронкова В.Н. Структура популяций заводских и вторично одичавших лошадей // Генетические процессы в популяциях: Материалы науч. Конф. с междунар. участием, посвященной 50-летнему юбилею лаборатории популяционной генетики им. Ю.П. Алтухова ИОГен РАН и 85-летию со дня рождения академика Юрия Петровича Алтухова. 2022. С. 45.
- Ashley M.V., Dow B.D. The use of microsatellite analysis in population biology: background, methods and potential applications // Mol. Ecol. Evol.: Approaches and Applications. 1994. P. 185–201.
- Столповский Ю.А., Пискунов А.К., Свищева Г.Р. Геномная селекция. I: Последние тенденции и возможные пути развития // Генетика. 2020. Т. 56. № 9. С. 1006–1017. https://doi.org/10.31857/S0016675820090143
- Николаева Э.А., Воронкова В.Н., Политова М.А. и др. Генетическая структура русской верховой породы лошадей // Генетика. 2023. Т. 59. № 9. С. 1048–1058. https://doi.org/10.31857/S0016675823090096. EDN WUWYIE.
- Животовский Л.А. Генетика природных популяций. Йошкар-Ола: Вертикаль, 2021. 600 с.
- Meirmans P.G., Hedrick P.W. Assessing population structure: FST and related measures // Mol. Ecol. Res. 2011. V. 11. № 1. P. 5–18. https://doi.org/10.1111/j.1755-0998.2010.02927.x
- Adamack A.T., Gruber B. Popgenreport: Simplifying basic population genetic analyses in R // Methods Ecol, Evol, 2014. V. 5. N 4. P. 384-387. https://doi.org/10.1111/2041-210X.12158
- Каштанов С.Н., Свищёва Г.Р., Пищулина С.Л. и др. Географическая структура генофонда соболя (Martes zibellina L.): данные анализа микросателлитных локусов // Генетика. 2015. Т. 51. №. 1. С. 78–78. https://doi.org/10.1134/S1022795415010044
- Väli Ü., Einarsson A., Waits L., Ellegren H. To what extent do microsatellite markers reflect genome-wide genetic diversity in natural populations? // Mol. Ecol. 2008. V. 17. № 17. P. 3808–3817.
- Porras-Hurtado L., Ruiz Y., Santos C. et al. An overview of STRUCTURE: Applications, parameter settings, and supporting software // Front. in Genet. 2013. V. 4. P. 98. https://doi.org/10.3389/fgene.2013.00098
- Gronau I., Moran S. Optimal implementations of UPGMA and other common clustering algorithms // Inform. Proc. Letters. 2007. V. 104. № 6. P. 205–210. https://doi.org/10.1016/j.ipl.2007.07.002
- Efron B. Bootstrap methods: Another look at the jackknife // Ann. Statist. 1979. V. 7. P. 1–26. https://doi.org/10.1214/aos/1176344552
- Reich D., Price A., Patterson N. Principal component analysis of genetic data // Nat. Genet. 2008. V. 40. P. 491–492. https://doi.org/10.1038/ng0508-491
- Sievert C. Interactive Web-based Data Visualization With R, plotly, and shiny. CRC Press, 2020.
- Spasskaya N.N., Voronkova V.N., Letarov A.V. et al. Features of reproduction in an isolated island population of the feral horses of the Lake Manych-Gudilo (Rostov Region, Russia) // App. An. Beh. Sci. 2022. V. 254. https://doi.org/10.1016/j.applanim.2022.105712
- Maloy S., Hughes K. Brenner’s Encyclopedia of Genetics. MS, Cambridge: Academic Press,. 2013.
- Ruzica Bruvo, Nicolaas K. Michiels, Thomas G. D’Souza, Hinrich Shulenberg. A simple method for the calculation of microsatellite genotype distances irrespective of ploidy level // Mol. Ecol. 2004. V. 13(7). P. 2101–2106.
- Henderson C.R. Applications of linear models in animal breeding. Guelph, Canada: Univ. Guelph Press. 1984. 462 p.
- Отраднов П.И., Рудиянов Д.М., Белоус А.А. Валидация оценок племенной ценности свиней породы дюрок по признакам кормового поведения // Свиноводство. 2023. № 5. С. 22–26. https://doi.org/10.37925/0039-713X-2023-5-22-26
- Сермягин А.А., Белоус А.А., Контэ А.Ф. и др. Валидация геномного прогноза племенной ценности быков-производителей по признакам молочной продуктивности дочерей на примере популяции черно-пестрого и голштинского скота // С.-х. биология. 2017. Т. 52. № 6. С. 1148–1156.
- Контэ А.Ф., Белоус А.А., Отраднов П.И. Племенная ценность кормового поведения свиней // Аграрный вестник Урала. 2022. №. 10 (225). С. 44–53.
- Nayeri S., Sargolzaei M., Tulpan D. A review of traditional and machine learning methods applied to animal breeding // Animal Health Res. Rev. 2019. V. 20, P. 31–46. https://doi.org/10.1017/ S1466252319000148
- Zhou Z.H. Machine Learning. London: Springer Nature, 2021. 460 p. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(97)00083-7
- Stehman S.V. Selecting and interpreting measures of thematic classification accuracy // Remote Sensing of Environment. 1997. V. 62. № 1. P. 77–89. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(97)00083-7
- Erickson B.J., Kitamura F. Magician’s corner: 9. Performance metrics for machine learning models // Radiology: Artificial Intelligence. 2021. V. 3. № 3. https://doi.org/10.1148/ryai.2021200126
- Powers D.M.W. Evaluation: From precision, recall and F-measure to ROC, informedness, markedness and correlation // arXiv preprint arXiv:2010.16061. 2020. https://doi.org/10.48550/arXiv.2010.16061
- Sasaki Y. The truth of the F-measure // Teach Tutor Mater. 2007. V. 1. № 5. P. 1–5.
- Penzar D.D., Zinkevich A.O., Vorontsov I.E. What do neighbors tell about you: The local context of cis-regulatory modules complicates prediction of regulatory variants // Front. Genet. 2019. V. 10. https://doi.org/10.3389/fgene.2019.01078
- Михальский А.И., Новосельцева Ж.А. Применение методов машинного обучения в задачах продуктивного животноводства // Пробл. биол. продуктивных животных. 2018. № 4. С. 98-109. https://doi.org/10.25687/1996-6733.prodanimbiol.2018.3.98-109
- Simonyan K., Zisserman A. Very deep convolutional networks for large-scale image recognition // arXiv preprint arXiv:1409.1556. 2014. doi: 10.48550/arXiv.1409.1556
- Jwade S.A., Guzzomi A., Mian A. On farm automatic sheep breed classification using deep learning // Computers and Electronics in Agriculture. 2019. V. 167. https://doi.org/10.1016/j.compag.2019.105055
- Batic D., Culibrk D. Identifying individual dogs in social media images // arXiv:2003.06705. 2019.
- Столповский Ю.А., Бабаян О.В., Каштанов С.Н. и др. Генетическая оценка пород северного оленя (Rangifer tarandus) и их дикого предка с помощью новой панели STR-маркеров // Генетика. 2020. Т. 56. № 12. С. 1409–1425. https://catboost.ai/en/docs/concepts/loss-functions-multiclassification#usage-information
- Южаков А.А., Мухачев А.Д., Лайшев К.А. Породы и проблемы селекции северных оленей России. М.: Наука, 2023. 165 с.
Arquivos suplementares
