Оптимизация геномного битового бюджета: теоретико-информационный фреймворк для обогащенного признаками генотипирования и стратифицированного скрининга в.
Optimizing the genomic bit budget: an information-theoretic framework for trait-enriched genotyping and stratified screening in.
Ezekiel Ahn, Insuck Baek, Lalit Kandpal, Dapeng Zhang, Silvas Kirubakaran, Seunghyun Lim, Jishnu Bhatt, Moon S Kim, Sunchung Park, Lyndel W Meinhardt
Аннотация (перевод)
Высокопроизводительное генотипирование произвело революцию в селекции садовых культур, однако эффективное использование геномных данных остается узким местом для курации гермоплазмы и последующего отбора. Перевод сложной геномной информации в экономически эффективные и легко применимые инструменты для вегетативно размножаемых культур требует перехода от максимизации плотности маркеров к оптимизации информативности. Здесь мы переосмысливаем генотипирование cacao (L.) как задачу распределения информации и представляем теоретико-информационный фреймворк для разработки минималистичных, обогащенных признаками штрихкодов на основе однонуклеотидных полиморфизмов (SNP). Используя разнообразную международную коллекцию из Тринидада (ICGT) и независимое полевое испытание в Пуэрто-Рико (USDA-ARS Tropical Agriculture Research Station), мы сжимаем панель из 500+ SNP в 32-маркерный штрихкод «CacaoCipher», который сохраняет структуру попарных генетических дистанций с низким разрешением, удерживая при этом связанный с признаками сигнал для индекса стручка и связанных компонентов урожайности. Оси пространства штрихкодов коррелируют с агрономическими признаками, измеренными в различных условиях окружающей среды на подвыборке с ограниченным перекрытием, что подтверждает переносимость ключевых сигналов за пределы обучающей выборки. Мы также количественно оцениваем эвристический «геномный битовый бюджет», показывая, как информация распределяется между уникальной идентификацией, структурой происхождения и вариацией признаков. В совокупности этот фреймворк преобразует гермоплазму какао из аналоговой коллекции наименований в компактный цифровой код и предоставляет общий шаблон для разработки недорогих высокоинформативных маркерных панелей для контроля качества гермоплазмы и стратифицированного скрининга вегетативно размножаемых культур. Резюме в одном предложении Мы представляем фреймворк «геномного битового бюджета» для разработки минималистичного штрихкода из 32-SNP, который обеспечивает контроль качества гермоплазмы, грубый скрининг происхождения и стратификацию, согласованную с признаками, с ограниченной переносимостью между различными условиями окружающей среды.
Оригинальная аннотация
High-throughput genotyping has revolutionized horticultural breeding, yet the efficient utilization of genomic data remains a bottleneck for germplasm curation and downstream selection. Translating complex genomic information into cost-effective and readily applicable tools for clonally propagated crops requires a shift from maximizing marker density to optimizing information content. Here, we reinterpret cacao (L.) genotyping as an information-allocation problem and introduce an information-theoretic framework for designing minimalist, trait-enriched single nucleotide polymorphism (SNP) barcodes. Using a diverse international collection from Trinidad (ICGT) and an independent field trial in Puerto Rico (USDA-ARS Tropical Agriculture Research Station), we compress a 500+ SNP panel into a 32-marker 'CacaoCipher' barcode that preserves pairwise genetic distance structure at coarse resolution while retaining trait-aligned signal for pod index and related yield components. Barcode-space axes correlate with agronomic traits measured across environments in a limited overlap subset, supporting the portability of key signals beyond the training setting. We further quantify a heuristic 'genomic bit budget', showing how information is allocated across unique identification, ancestry structure, and trait variation. Together, this framework converts cacao germplasm from an analog collection of names into a compact digital code and provides a general template for designing low-cost, high-information marker panels for germplasm quality control and stratified screening in clonally propagated crops. One-sentence summary We introduce a 'genomic bit budget' framework to design a minimalist 32-SNP barcode that supports germplasm quality control, coarse ancestry screening, and trait-aligned stratification with limited cross-environment portability.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/d0184ff9-b427-4ecd-b6e5-c17af46f6f0f
DOI: 10.1093/hr/uhag106