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BLUP — Übersicht

BeePass verwendet das BLUP-Modell (Best Linear Unbiased Prediction) in Kombination mit der haplo-diploiden Verwandtschaftsmatrix nach Brascamp & Bijma (2014), um die Zuchtwerte Ihrer Königinnen zu schätzen. Die Pipeline umfasst außerdem eine Umweltkorrektur durch maschinelles Lernen (XGBoost) und ein Schwellenmodell (Threshold) für ordinale Merkmale.

Die ONE SHOT Pipeline​

Die Zuchtwertschätzung wird in einer einzigen automatisierten Sequenz durchgeführt, dem sogenannten ONE SHOT. Jeder Schritt liefert die Daten für den nächsten:

  1. Snapshot — Vollständige Datenbanksicherung vor der Berechnung (pg_dump + SHA256-Fingerprints). Bei Problemen kann jederzeit zurückgesetzt werden.
  2. Umwelt — Geokodierung der Prüfstandorte (Postleitzahl + Land), Abruf von Höhenlage und saisonalen Wetterdaten (Niederschlag, Durchschnittstemperatur, Hitzetage >30 °C) im Zeitfenster 15. März - 30. September.
  3. XGBoost Train — Training eines Umweltkorrekturmodells auf den Honigertrag, basierend auf Höhenlage, Niederschlag, Temperatur und Hitzetagen.
  4. XGBoost Apply — Korrektur der Honigmessungen: y_corr = log1p(honig_kg) - vorhersage_umwelt. Der korrigierte Ertrag spiegelt das genetische Potenzial wider, unabhängig vom Standort.
  5. BLUPF90+ — Schätzung der Zuchtwerte für Honig (stetiges Merkmal) mit gleichzeitiger REML-Varianzkomponentenschätzung. Gemischtes Modell mit Königinnen- und Arbeiterinneneffekten.
  6. THRGIBBS — Schätzung der Zuchtwerte für ordinale Merkmale (Sanftmut, Frühjahrsentwicklung, Überwinterung, Schwarmträgheit, Wabensitz) und Hygiene-Merkmale (HYG 6h, HYG 24h) mittels Gibbs-Sampler mit Schwellenmodell (Threshold-Probit).
  7. Normalisierung — Skalierung aller Zuchtwerte auf das BeeBreed-kompatible Format: Mittelwert = 100, Standardabweichung = 10.
  8. Speicherung — Atomares Schreiben in die Datenbank. Ergebnisse werden nur sichtbar, wenn die gesamte Pipeline erfolgreich war.
Automatische Pipeline

Die Pipeline wird von einem Administrator ausgelöst. Die Ergebnisse erscheinen auf der Detailseite jeder Königin im Reiter Bewertungen.

Warum Umweltkorrektur?​

Der Honigertrag variiert erheblich je nach Standort: Eine Königin auf 1.200 m Höhe hat nicht dieselben Trachtquellen wie eine in der Ebene. Ohne Korrektur würden wir Umwelten vergleichen, nicht Genetik.

XGBoost modelliert den Einfluss von Höhenlage, Niederschlag, Durchschnittstemperatur und Hitzetagen auf den Honigertrag. Durch Abzug dieser Umweltvorhersage wird der genetische Anteil des Ertrags isoliert.

Besonderheiten der Honigbiene​

Die Zuchtwertschätzung bei Honigbienen unterscheidet sich grundlegend von konventionellen Nutztieren:

  • Haplo-Diploidie — Drohnen (Männchen) sind haploid: Sie besitzen nur einen Chromosomensatz. Standard-Verwandtschaftsformeln sind nicht anwendbar.
  • Polyandrie — Die Königin paart sich mit vielen Drohnen (10-20). Väter werden als "Drohnengruppe" (Sire Group) modelliert, nicht einzeln.
  • Doppelter genetischer Effekt — Die Leistung eines Volkes hängt sowohl von den Genen der Königin als auch von den Genen der Arbeiterinnen (Töchter der Königin) ab. Das BLUP-Modell trennt diese beiden Effekte.

Referenz: Brascamp, E. W. & Bijma, P. (2014). Methods to compute optimum contribution to simultaneously infer the genetic trend and the genetic merit of animals from a crossbred population. Genetics Selection Evolution, 46:56.

Siehe auch: