Best linear unbiased prediction (BLUP) has been used to estimate the fixed effects and random effects of complex traits. Traditionally, genomic relationship matrix-based (GRM) and random marker-based BLUP analyses are prevalent to estimate the genetic values of complex traits. We used three methods: GRM-based prediction (G-BLUP), random marker-based prediction using an identity matrix (so-called single-nucleotide polymorphism [SNP]-BLUP), and SNP-SNP variance-covariance matrix (so-called SNP-GBLUP). We used 35,675 SNPs and R package "rrBLUP" for the BLUP analysis. The SNP-SNP relationship matrix was calculated using the GRM and Sherman-Morrison-Woodbury lemma. The SNP-GBLUP result was very similar to G-BLUP in the prediction of genetic values. However, there were many discrepancies between SNP-BLUP and the other two BLUPs. SNP-GBLUP has the merit to be able to predict genetic values through SNP effects.
The missing heritability has been a major problem in the analysis of best linear unbiased prediction (BLUP). We introduced the traditional genome-wide association study (GWAS) into the BLUP to improve the heritability estimation. We analyzed eight pork quality traits of the Berkshire breeds using GWAS and BLUP. GWAS detects the putative quantitative trait loci regions given traits. The single nucleotide polymorphisms (SNPs) were obtained using GWAS results with p value <0.01. BLUP analyzed with significant SNPs was much more accurate than that with total genotyped SNPs in terms of narrow-sense heritability. It implies that genomic estimated breeding values (GEBVs) of pork quality traits can be calculated by BLUP via GWAS. The GWAS model was the linear regression using PLINK and BLUP model was the G-BLUP and SNP-GBLUP. The SNP-GBLUP uses SNP-SNP relationship matrix. The BLUP analysis using preprocessing of GWAS can be one of the possible alternatives of solving the missing heritability problem and it can provide alternative BLUP method which can find more accurate GEBVs.
The estimated breeding value (EBV) and accuracy of Hanwoo steer (Korean cattle) is an indicator that can predict the slaughter time in the future and carcass performance outcomes. Recently, studies using pedigrees and genotypes are being actively conducted to improve the accuracy of the EBV. In this study, the pedigree and genotype of 46 steers obtained from livestock farm A in Gyeongnam were used for a pedigree best linear unbiased prediction (PBLUP) and a genomic best linear unbiased prediction (GBLUP) to estimate and analyze the breeding value and accuracy of the carcass weight (CWT), eye muscle area (EMA), back-fat thickness (BFT), and marbling score (MS). PBLUP estimated the EBV and accuracy by constructing a numeric relationship matrix (NRM) from the 46 steers and reference population I (545,483 heads) with the pedigree and phenotype. GBLUP estimated genomic EBV (GEBV) and accuracy by constructing a genomic relationship matrix (GRM) from the 46 steers and reference population II (16,972 heads) with the genotype and phenotype. As a result, in the order of CWT, EMA, BFT, and MS, the accuracy levels of PBLUP were 0.531, 0.519, 0.524 and 0.530, while the accuracy outcomes of GBLUP were 0.799, 0.779, 0.768, and 0.810. The accuracy estimated by GBLUP was 50.1 - 53.1% higher than that estimated by PBLUP. GEBV estimated with the genotype is expected to show higher accuracy than the EBV calculated using only the pedigree and is thus expected to be used as basic data for genomic selection in the future.
Lee, Gwang Hyeon;Lee, Yoon Seok;Moon, Seon Jeong;Kong, Hong Sik
Journal of Life Science
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v.32
no.4
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pp.279-284
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2022
This study was conducted to establish a genetic evaluation system applicable to general farms for improving cows raised on farms. The analysis used Best Linear Unbiased Prediction (BLUP) and Genomic Best Linear Unbiased Prediction (GBLUP) for 619 cows raised in Gyeonggi-do Province and compared and analyzed the accuracy of the estimated breeding value according to four traits (carcass weight, loineye muscle area, back fat thickness, and marbling). In the case of the GBLUP method, the size of the reference population was divided into different four groups and analyzed. The analysis results confirmed that the accuracy of the breeding value of each trait increased as the size of the GBLUP reference population increased. Comparing the accuracy of the breeding values estimated using the BLUP and GBLUP methods, it was confirmed that when the breeding values were estimated using the GBLUP method, they increased by 0.10, 0.09, 0.09, and 0.11 for carcass weight, eye muscle area, back fat thickness, and marbling scores, respectively. Applying the GBLUP method to the evaluation and selection of cows can enable precise and accurate individual selection, while increasing the size of the reference population can make even more accurate individual selection possible, thus increasing selection efficiency.
Objective: This study was to determine the relationship between estimated breeding value and phenotype information after farrowing when juvenile selection was made in candidate pigs without phenotype information. Methods: After collecting phenotypic and genomic information for the total number of piglets born by Landrace pigs, selection accuracy between genomic breeding value estimates using genomic information and breeding value estimates of best linear unbiased prediction (BLUP) using conventional pedigree information were compared. Results: Genetic standard deviation (${\sigma}_a$) for the total number of piglets born was 0.91. Since the total number of piglets born for candidate pigs was unknown, the accuracy of the breeding value estimated from pedigree information was 0.080. When genomic information was used, the accuracy of the breeding value was 0.216. Assuming that the replacement rate of sows per year is 100% and generation interval is 1 year, genetic gain per year is 0.346 head when genomic information is used. It is 0.128 when BLUP is used. Conclusion: Genetic gain estimated from single step best linear unbiased prediction (ssBLUP) method is by 2.7 times higher than that the one estimated from BLUP method, i.e., 270% more improvement in efficiency.
Joon-Ki Hong;Yong-Min Kim;Eun-Seok Cho;Jae-Bong Lee;Young-Sin Kim;Hee-Bok Park
Animal Bioscience
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v.37
no.4
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pp.622-630
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2024
Objective: Pig breeders cannot obtain phenotypic information at the time of selection for sow lifetime productivity (SLP). They would benefit from obtaining genetic information of candidate sows. Genomic data interpreted using deep learning (DL) techniques could contribute to the genetic improvement of SLP to maximize farm profitability because DL models capture nonlinear genetic effects such as dominance and epistasis more efficiently than conventional genomic prediction methods based on linear models. This study aimed to investigate the usefulness of DL for the genomic prediction of two SLP-related traits; lifetime number of litters (LNL) and lifetime pig production (LPP). Methods: Two bivariate DL models, convolutional neural network (CNN) and local convolutional neural network (LCNN), were compared with conventional bivariate linear models (i.e., genomic best linear unbiased prediction, Bayesian ridge regression, Bayes A, and Bayes B). Phenotype and pedigree data were collected from 40,011 sows that had husbandry records. Among these, 3,652 pigs were genotyped using the PorcineSNP60K BeadChip. Results: The best predictive correlation for LNL was obtained with CNN (0.28), followed by LCNN (0.26) and conventional linear models (approximately 0.21). For LPP, the best predictive correlation was also obtained with CNN (0.29), followed by LCNN (0.27) and conventional linear models (approximately 0.25). A similar trend was observed with the mean squared error of prediction for the SLP traits. Conclusion: This study provides an example of a CNN that can outperform against the linear model-based genomic prediction approaches when the nonlinear interaction components are important because LNL and LPP exhibited strong epistatic interaction components. Additionally, our results suggest that applying bivariate DL models could also contribute to the prediction accuracy by utilizing the genetic correlation between LNL and LPP.
The paper shows that certain hierachical Bayes (HB) predictors for small domain data in repeated surveys "universally" or "stochastically" dominate all linear unbiased predictors. Also, the HB predictors are "best" within the class of all equivariant predictors under a certain group of transformations.tain group of transformations.
A statistical method is described for estimation of the unknown constants in a theory using both of the computer simulation data and the real experimental data, The best linear unbiased predictor based on a spatial linear model is fitted from the computer simulation data alone. Then nonlinear least squares estimation method is applied to the real experimental data using the fitted prediction model as if it were the true simulation model. An application to the computational nuclear fusion devices is presented, where the nonlinear least squares estimates of four transport coefficients of the theoretical nuclear fusion model are obtained.
Milk-related traits (milk yield, fat and protein) have been crucial to selection of Holstein. It is essential to find the current selection trends of Holstein. Despite this, uncovering the current trends of selection have been ignored in previous studies. We suggest a new formula to detect the current selection trends based on single nucleotide polymorphisms (SNP). This suggestion is based on the best linear unbiased prediction (BLUP) and the Fisher's fundamental theorem of natural selection both of which are trait-dependent. Fisher's theorem links the additive genetic variance to the selection coefficient. For Holstein milk production traits, we estimated the additive genetic variance using SNP effect from BLUP and selection coefficients based on genetic variance to search highly selective SNPs. Through these processes, we identified significantly selective SNPs. The number of genes containing highly selective SNPs with p-value <0.01 (nearly top 1% SNPs) in all traits and p-value <0.001 (nearly top 0.1%) in any traits was 14. They are phosphodiesterase 4B (PDE4B), serine/threonine kinase 40 (STK40), collagen, type XI, alpha 1 (COL11A1), ephrin-A1 (EFNA1), netrin 4 (NTN4), neuron specific gene family member 1 (NSG1), estrogen receptor 1 (ESR1), neurexin 3 (NRXN3), spectrin, beta, non-erythrocytic 1 (SPTBN1), ADP-ribosylation factor interacting protein 1 (ARFIP1), mutL homolog 1 (MLH1), transmembrane channel-like 7 (TMC7), carboxypeptidase X, member 2 (CPXM2) and ADAM metallopeptidase domain 12 (ADAM12). These genes may be important for future artificial selection trends. Also, we found that the SNP effect predicted from BLUP was the key factor to determine the expected current selection coefficient of SNP. Under Hardy-Weinberg equilibrium of SNP markers in current generation, the selection coefficient is equivalent to $2^*SNP$ effect.
Objective: Intramuscular fat is one of the meat quality traits that is considered in the selection strategies for Hanwoo (Korean cattle). Different methods are used to estimate the breeding value of selection candidates. In the present work we focused on accuracy of different genotype relationship matrices as described by forni and pedigree based relationship matrix. Methods: The data set included a total of 778 animals that were genotyped for BovineSNP50 BeadChip. Among these 778 animals, 72 animals were sires for 706 reference animals and were used as a validation dataset. Single trait animal model (best linear unbiased prediction and genomic best linear unbiased prediction) was used to estimate the breeding values from genomic and pedigree information. Results: The diagonal elements for the pedigree based coefficients were slightly higher for the genomic relationship matrices (GRM) based coefficients while off diagonal elements were considerably low for GRM based coefficients. The accuracy of breeding value for the pedigree based relationship matrix (A) was 13% while for GRM (GOF, G05, and Yang) it was 0.37, 0.45, and 0.38, respectively. Conclusion: Accuracy of GRM was 1.5 times higher than A in this study. Therefore, genomic information will be more beneficial than pedigree information in the Hanwoo breeding program.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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