Main objectives of this study were to investigate accuracy, bias and power of linear and threshold model segregation analysis methods for detection of major genes in categorical traits in farm animals. Maximum Likelihood Linear Model (MLLM), Bayesian Linear Model (BALM) and Bayesian Threshold Model (BATM) were applied to simulated data on normal, categorical and binary scales as well as to disease data in pigs. Simulated data on the underlying normally distributed liability (NDL) were used to create categorical and binary data. MLLM method was applied to data on all scales (Normal, categorical and binary) and BATM method was developed and applied only to binary data. The MLLM analyses underestimated parameters for binary as well as categorical traits compared to normal traits; with the bias being very severe for binary traits. The accuracy of major gene and polygene parameter estimates was also very low for binary data compared with those for categorical data; the later gave results similar to normal data. When disease incidence (on binary scale) is close to 50%, segregation analysis has more accuracy and lesser bias, compared to diseases with rare incidences. NDL data were always better than categorical data. Under the MLLM method, the test statistics for categorical and binary data were consistently unusually very high (while the opposite is expected due to loss of information in categorical data), indicating high false discovery rates of major genes if linear models are applied to categorical traits. With Bayesian segregation analysis, 95% highest probability density regions of major gene variances were checked if they included the value of zero (boundary parameter); by nature of this difference between likelihood and Bayesian approaches, the Bayesian methods are likely to be more reliable for categorical data. The BATM segregation analysis of binary data also showed a significant advantage over MLLM in terms of higher accuracy. Based on the results, threshold models are recommended when the trait distributions are discontinuous. Further, segregation analysis could be used in an initial scan of the data for evidence of major genes before embarking on molecular genome mapping.
Gibbs sampling algorithms were implemented to the multi-trait threshold animal models with any combinations of multiple binary, ordered categorical, and linear traits and investigate the amount of bias on these models with two kinds of parameterization and algorithms for generating underlying liabilities. Statistical models which included additive genetic and residual effects as random and contemporary group effects as fixed were considered on the models using simulated data. The fully conditional posterior means of heritabilities and genetic (residual) correlations were calculated from 1,000 samples retained every 10th samples after 15,000 samples discarded as "burn-in" period. Under the models considered, several combinations of three traits with binary, multiple ordered categories, and continuous were analyzed. Five replicates were carried out. Estimates for heritabilities and genetic (residual) correlations as the posterior means were unbiased when underlying liabilities for a categorical trait were generated given by underlying liabilities of the other traits and threshold estimates were rescaled. Otherwise, when parameterizing threshold of zero and residual variance of one for binary traits, heritability estimates were inflated 7-10% upward. Genetic correlation estimates were biased upward if positively correlated and downward if negatively correlated when underling liabilities were generated without accounting for correlated traits on prior information. Residual correlation estimates were, consequently, much biased downward if positively correlated and upward if negatively correlated in that case. The more categorical trait had categories, the better mixing rate was shown.
Genetic variance and covariance components of the linear traits and the ordered categorical traits, that are usually observed as dichotomous or polychotomous outcomes, were simultaneously estimated in a multivariate threshold animal model with concepts of arbitrary underlying liability scales with Bayesian inference via Gibbs sampling algorithms. A multivariate threshold animal model in this study can be allowed in any combination of missing traits with assuming correlation among the traits considered. Gibbs sampling algorithms as a hierarchical Bayesian inference were used to get reliable point estimates to which marginal posterior means of parameters were assumed. Main point of this study is that the underlying values for the observations on the categorical traits sampled at previous round of iteration and the observations on the continuous traits can be considered to sample the underlying values for categorical data and continuous data with missing at current cycle (see appendix). This study also showed that the underlying variables for missing categorical data should be generated with taking into account for the correlated traits to satisfy the fully conditional posterior distributions of parameters although some of papers (Wang et al., 1997; VanTassell et al., 1998) presented that only the residual effects of missing traits were generated in same situation. In present study, Gibbs samplers for making the fully Bayesian inferences for unknown parameters of interests are played rolls with methodologies to enable the any combinations of the linear and categorical traits with missing observations. Moreover, two kinds of constraints to guarantee identifiability for the arbitrary underlying variables are shown with keeping the fully conditional posterior distributions of those parameters. Numerical example for a threshold animal model included the maternal and permanent environmental effects on a multiple ordered categorical trait as calving ease, a binary trait as non-return rate, and the other normally distributed trait, birth weight, is provided with simulation study.
Genetic parameters for linear type and composite traits were estimated by using Bayesian inference via Gibbs sampling with a multiple threshold animal model in Holstein cows. Fifteen linear type traits and 5 composite traits were included to estimate genetic variance and covariance components in the model. In this study, 30,204 records were obtained in the cows from 305 sires. Heritability estimates for linear type traits had the estimates as high as 0.28~0.64. Heritability estimates for composite traits were also high, when the traits were assumed to be categorical traits. Final score was more correlated with the composite traits than with the linear type traits.
Algorithms for estimating breeding values on several categorical data by using latent variables with threshold conception were developed and showed. Thresholds on each categorical trait were estimated by Newton’s method via gradients and Hessian matrix. This algorithm was developed by way of expansion of bivariate analysis provided by Quaas(2001). Breeding values on latent variables of categorical traits and observations on linear traits were estimated by preconditioned conjugate gradient(PCG) method, which was known having a property of fast convergence. Example was shown by simulated data with two linear traits and a categorical trait with four categories(CE=calving ease) and a dichotomous trait(SB=Still Birth) in threshold animal mixed model(TAMM). Breeding value estimates in TAMM were compared to those in linear animal mixed model (LAMM). As results, correlation estimates of breeding values to parameters were 0.91${\sim}$0.92 on CE and 0.87${\sim}$0.89 on SB in TAMM and 0.72~0.84 on CE and 0.59~0.70 on SB in LAMM. As conclusion, PCG method for estimating breeding values on several categorical traits with linear traits were feasible in TAMM.
The nonresponse in sample survey causes a problem when it comes time to analyze dataset in public-use files where the user has only complete-data methods available and has limited information about the reasons for nonresponse. Recently imputation for nonresponse is becoming a standard approach for handling nonresponse and various imputation methods have been devised . However, most imputation methods concern with continuous traits while many interesting features are measured by binary or ordered categorical scales in sample survey. In this note. an imputation method for ignorable nonresponse in binary or ordered categorical traits is considered.
A Bayesian threshold model is considered to analyze binary or ordered categorical traits. Gibbs sampler for making full Bayesian inferences about the category probability as well as the regression coefficients is described. The model can be regarded as an alternative to the ordered logit regression model. Numerical examples are shown to demonstrate the efficiency of the model.
Figueiredo Filho, Luiz Antonio Silva;Sarmento, Jose Lindenberg Rocha;Campelo, Jose Elivalto Guimaraes;de Oliveira Almeida, Marcos Jacob;de Sousa, Antonio Junior;da Silva Santos, Natanael Pereira;da Silva Costa, Marcio;Torres, Tatiana Saraiva;Sena, Luciano Silva
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.31
no.9
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pp.1407-1414
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2018
Objective: The aim of this study was to estimate (co) variance components and genetic parameters for categorical carcass traits using Bayesian inference via mixed linear and threshold animal models in Anglonubian goats. Methods: Data were obtained from Anglonubian goats reared in the Brazilian Mid-North region. The traits in study were body condition score, marbling in the rib eye, ribeye area, fat thickness of the sternum, hip height, leg perimeter, and body weight. The numerator relationship matrix contained information from 793 animals. The single- and two-trait analyses were performed to estimate (co) variance components and genetic parameters via linear and threshold animal models. For estimation of genetic parameters, chains with 2 and 4 million cycles were tested. An 1,000,000-cycle initial burn-in was considered with values taken every 250 cycles, in a total of 4,000 samples. Convergence was monitored by Geweke criteria and Monte Carlo error chain. Results: Threshold model best fits categorical data since it is more efficient to detect genetic variability. In two-trait analysis the contribution of the increase in information and the correlations between traits contributed to increase the estimated values for (co) variance components and heritability, in comparison to single-trait analysis. Heritability estimates for the study traits were from low to moderate magnitude. Conclusion: Direct selection of the continuous distribution of traits such as thickness sternal fat and hip height allows obtaining the indirect selection for marbling of ribeye.
The estimation of variance components or variance ratios in linear model is an important issue in plant or animal breeding fields, and various estimation methods have been devised to estimate variance components or variance ratios. However, many traits of economic importance in those fields are observed as dichotomous or polychotomous outcomes. The usual estimation methods might not be appropriate for these cases. Recently threshold linear model is considered as an important tool to analyze discrete traits specially in animal breeding field. In this note, we consider a hierarchical Bayesian method for the threshold animal model. Gibbs sampler for making full Bayesian inferences about random effects as well as fixed effects is described to analyze jointly discrete traits and continuous traits. Numerical example of the model with two discrete ordered categorical traits, calving ease of calves from born by heifer and calving ease of calf from born by cow, and one normally distributed trait, birth weight, is provided.
Genetic parameters for birth weights (BWT), calving ease scores observed from calves born by heifers (CEH), and calving ease scores observed from calves born by cows (CEC) were estimated using Bayesian methodology with Gibbs sampling in different threshold animal models. Data consisted of 77,458 records for calving ease scores and birth weights in Gelbvieh cattle. Gibbs samplers were used to obtain the parameters of interest for the categorical traits in two univariate threshold animal models, a bivariate threshold animal model, and a three-trait linear-threshold animal model. Samples of heritabilities and genetic correlations were calculated from the posterior means of dispersion parameters. In a univariate threshold animal model with CEH (model 1), the posterior means of heritabilities for calving ease was 0.35 for direct genetic effects and 0.18 for maternal genetic effects. In the other univariate threshold model with CEC (model 2), the posterior means of heritabilities of CEC was 0.28 for direct genetic effects and 0.18 for maternal genetic effects. In a bivariate threshold model with CEH and CEC (model 3), heritability estimates were similar to those in unvariate threshold models. In this model, genetic correlation between heifer calving ease and cow calving ease was 0.89 and 0.87 for direct genetic effect and maternal genetic effects, respectively. In a three-trait animal model, which contained two categorical traits (CEH and CEC) and one continuous trait (BWT) (model 4), heritability estimates of CEH and CEC for direct (maternal) genetic effects were 0.40 (0.23) and 0.23 (0.13), respectively. In this model, genetic correlation estimates between CEH and CEC were 0.89 and 0.66 for direct genetic effects and maternal effects, respectively. These estimates were greater than estimates between BWT and CEH (0.82 and 0.34) or BWT and CEC (0.85 and 0.26). This result indicates that CEH and CEC should be high correlated rather than estimates between calving ease and birth weight. Genetic correlation estimates between direct genetic effects and maternal effects were -0.29, -0.31 and 0.15 for BWT, CEH and CEC, respectively. Correlation for permanent environmental effects between BWT and CEC was -0.83 in model 4. This study can provide genetic evaluation for calving ease with other continuous traits jointly with assuming that calving ease from first calving was a same trait to calving ease from later parities calving. Further researches for reliability of dispersion parameters would be needed even if the more correlated traits would be concerned in the model, the higher reliability could be obtained, especially on threshold model with property that categorical traits have little information.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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