Phantom Epistasis in Genomic Selection: On the Predictive Ability of Epistatic Models
Creators
- 1. University of Buenos Aires
- 2. Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz Y Trigo
- 3. University of Göttingen
- 4. Michigan State University
- 5. Centro Científico Tecnológico - San Juan
- 6. University of Würzburg
Description
Abstract Genomic selection uses whole-genome marker models to predict phenotypes or genetic values for complex traits. Some of these models fit interaction terms between markers, and are therefore called epistatic. The biological interpretation of the corresponding fitted effects is not straightforward and there is the threat of overinterpreting their functional meaning. Here we show that the predictive ability of epistatic models relative to additive models can change with the density of the marker panel. In more detail, we show that for publicly available Arabidopsis and rice datasets, an initial superiority of epistatic models over additive models, which can be observed at a lower marker density, vanishes when the number of markers increases. We relate these observations to earlier results reported in the context of association studies which showed that detecting statistical epistatic effects may not only be related to interactions in the underlying genetic architecture, but also to incomplete linkage disequilibrium at low marker density ("Phantom Epistasis"). Finally, we illustrate in a simulation study that due to phantom epistasis, epistatic models may also predict the genetic value of an underlying purely additive genetic architecture better than additive models, when the marker density is low. Our observations can encourage the use of genomic epistatic models with low density panels, and discourage their biological over-interpretation.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يستخدم الانتقاء الجيني التجريدي نماذج علامات الجينوم الكامل للتنبؤ بالأنماط الظاهرية أو القيم الجينية للسمات المعقدة. تتناسب بعض هذه النماذج مع مصطلحات التفاعل بين العلامات، وبالتالي تسمى معرفية. التفسير البيولوجي للتأثيرات المناسبة المقابلة ليس مباشرًا وهناك تهديد بالإفراط في تفسير معناها الوظيفي. هنا نوضح أن القدرة التنبؤية للنماذج المعرفية بالنسبة للنماذج المضافة يمكن أن تتغير مع كثافة لوحة العلامات. بمزيد من التفصيل، نظهر أنه بالنسبة لمجموعات بيانات الأرابيدوبسيس والأرز المتاحة للجمهور، يتلاشى التفوق الأولي للنماذج المعرفية على النماذج المضافة، والتي يمكن ملاحظتها بكثافة أقل للعلامات، عندما يزداد عدد العلامات. نربط هذه الملاحظات بالنتائج السابقة التي تم الإبلاغ عنها في سياق دراسات الارتباط التي أظهرت أن اكتشاف التأثيرات المعرفية الإحصائية قد لا يرتبط فقط بالتفاعلات في البنية الوراثية الأساسية، ولكن أيضًا باختلال التوازن غير الكامل للربط عند كثافة منخفضة للعلامات (" الرعاف الوهمي "). أخيرًا، نوضح في دراسة محاكاة أنه بسبب المعرفية الوهمية، قد تتنبأ النماذج المعرفية أيضًا بالقيمة الوراثية للبنية الوراثية المضافة البحتة الكامنة بشكل أفضل من النماذج المضافة، عندما تكون كثافة العلامة منخفضة. يمكن أن تشجع ملاحظاتنا على استخدام النماذج المعرفية الجينية ذات الألواح منخفضة الكثافة، وتثبط تفسيرها البيولوجي المفرط.Translated Description (French)
La sélection génomique abstraite utilise des modèles de marqueurs du génome entier pour prédire les phénotypes ou les valeurs génétiques pour les traits complexes. Certains de ces modèles correspondent à des termes d'interaction entre marqueurs et sont donc appelés épistatiques. L'interprétation biologique des effets ajustés correspondants n'est pas simple et il y a la menace de surinterpréter leur signification fonctionnelle. Ici, nous montrons que la capacité prédictive des modèles épistatiques par rapport aux modèles additifs peut changer avec la densité du panneau de marquage. Plus en détail, nous montrons que pour les ensembles de données Arabidopsis et riz accessibles au public, une supériorité initiale des modèles épistatiques sur les modèles additifs, qui peut être observée à une densité de marqueurs plus faible, disparaît lorsque le nombre de marqueurs augmente. Nous relions ces observations à des résultats antérieurs rapportés dans le contexte d'études d'association qui ont montré que la détection d'effets épistatiques statistiques peut non seulement être liée à des interactions dans l'architecture génétique sous-jacente, mais aussi à un déséquilibre de liaison incomplet à faible densité de marqueurs (« épistasie fantôme »). Enfin, nous illustrons dans une étude de simulation qu'en raison de l'épistasie fantôme, les modèles épistatiques peuvent également prédire la valeur génétique d'une architecture génétique sous-jacente purement additive mieux que les modèles additifs, lorsque la densité de marqueurs est faible. Nos observations peuvent encourager l'utilisation de modèles épistatiques génomiques avec des panneaux de faible densité, et décourager leur surinterprétation biologique.Translated Description (Spanish)
Resumen La selección genómica utiliza modelos de marcadores de todo el genoma para predecir fenotipos o valores genéticos para rasgos complejos. Algunos de estos modelos se ajustan a los términos de interacción entre marcadores y, por lo tanto, se denominan epistáticos. La interpretación biológica de los efectos ajustados correspondientes no es sencilla y existe la amenaza de sobreinterpretar su significado funcional. Aquí mostramos que la capacidad predictiva de los modelos epistáticos en relación con los modelos aditivos puede cambiar con la densidad del panel de marcadores. Con más detalle, mostramos que para los conjuntos de datos de Arabidopsis y Rice disponibles públicamente, una superioridad inicial de los modelos epistáticos sobre los modelos aditivos, que se puede observar a una densidad de marcadores más baja, desaparece cuando aumenta el número de marcadores. Relacionamos estos resultados con resultados anteriores informados en el contexto de estudios de asociación que mostraron que la detección de efectos epistáticos estadísticos puede no solo estar relacionada con las interacciones en la arquitectura genética subyacente, sino también con el desequilibrio de ligamiento incompleto a baja densidad de marcadores ("Epistasis fantasma"). Finalmente, ilustramos en un estudio de simulación que debido a la epistasis fantasma, los modelos epistáticos también pueden predecir el valor genético de una arquitectura genética puramente aditiva subyacente mejor que los modelos aditivos, cuando la densidad del marcador es baja. Nuestros hallazgos pueden fomentar el uso de modelos epistáticos genómicos con paneles de baja densidad y desalentar su sobreinterpretación biológica.Files
g3journal3137.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- المعرفة الوهمية في اختيار الجينوم: حول القدرة التنبؤية للنماذج المعرفية
- Translated title (French)
- Épistasie fantôme dans la sélection génomique : sur la capacité prédictive des modèles épistatiques
- Translated title (Spanish)
- Epistasis fantasma en la selección genómica: sobre la capacidad predictiva de los modelos epistáticos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3044823933
- DOI
- 10.1534/g3.120.401300
References
- https://openalex.org/W1523454857
- https://openalex.org/W1600362693
- https://openalex.org/W1680392829
- https://openalex.org/W1928998639
- https://openalex.org/W1976313838
- https://openalex.org/W2000964833
- https://openalex.org/W2035290744
- https://openalex.org/W2053824472
- https://openalex.org/W2061187129
- https://openalex.org/W2067715889
- https://openalex.org/W2072214908
- https://openalex.org/W2095234124
- https://openalex.org/W2102087753
- https://openalex.org/W2105052737
- https://openalex.org/W2107438842
- https://openalex.org/W2109349581
- https://openalex.org/W2116056560
- https://openalex.org/W2120465937
- https://openalex.org/W2120575449
- https://openalex.org/W2126015874
- https://openalex.org/W2127494910
- https://openalex.org/W2127843966
- https://openalex.org/W2139400673
- https://openalex.org/W2148306906
- https://openalex.org/W2149803480
- https://openalex.org/W2169984666
- https://openalex.org/W2253398379
- https://openalex.org/W2287077771
- https://openalex.org/W2303043072
- https://openalex.org/W2419574648
- https://openalex.org/W2534895556
- https://openalex.org/W2582743722
- https://openalex.org/W2614655735
- https://openalex.org/W2790692990
- https://openalex.org/W2796883538
- https://openalex.org/W2800434159
- https://openalex.org/W2913875930
- https://openalex.org/W2951758386
- https://openalex.org/W2952739098
- https://openalex.org/W2981645585