【GS课堂】PIBLUP：一款为育种大数据时代而生的动植物GS软件

来源： 发表日期：2018-10-09 浏览量：6771

全基因组选择（Genomic Selection, GS），是一种利用全基因组遗传标记信息对个体进行遗传评估的技术，由于它和常规选育方法相比可以更加准确的估计育种值，从而大大提高育种的遗传进展。但是随着表型和基因组数据量的不断增加，求解混合模型方程组需要的时间和资源越来越大，使得这项技术的应用受到了很大的限制。

为了解决GS应用的这些问题，中国农业大学刘剑锋教授团队开发了基因组选择软件PIBLUP，并将该成果发布在Frontiers in Genetics（IF：4.151）杂志—篇名：“PIBLUP: High-Performance Software for Large-Scale Genetic Evaluation of Animals and Plants”，接下来就让我们详细的介绍这款软件。

高效求解大型数据的混合模型方程组

为了提升软件对于大型数据运算效率，PIBLUP底层代码采用C语言进行编写，并使用了很多数据处理的技术。程序可以进行多线程并行运算，运算过程对于内存管理和多核利用进行了优化。

PIBLUP软件利用的技术

• PCG，预处理共轭梯度法

预处理共轭梯度法 (preconditioned conjugate gradientmethod，PCG) 是一种求解方程组的迭代方法，具有快速收敛、存储量小、不必预先估计参数等特点，近年来在求解大型稀疏方程组中取得了较好的成效。预处理共轭梯度法对系数矩阵作预处理，以加速迭代收敛速度。

• IOD，数据迭代方法

数据迭代方法（iteration on data, IOD) ：研究表明，使用预处理共轭梯度（PCG）进行数据迭代（IOD）是高效求解混合线性方程组（MME）的方法。

• MKL，Intel数学核心函数库

Intel数学核心函数库（MKL）是一套高度优化后的数学函数，面向高性能工程和科学应用。英特尔 MKL 的集群版本包括 ScaLAPACK 与分布式内存快速傅立叶转换，并提供了线性代数 (BLAS、LAPACK 和Sparse Solver)、快速傅立叶转换、矢量数学 (Vector Math) 与随机号码生成器支持。

MKL下载地址：https://software.intel.com/en-us/mkl。

• MPI，消息传递接口

MPI全称消息传递接口，是Message Passing Interface的缩写，主要用于高性能并行计算。

MPI下载地址：https://www.mpich.org/downloads/。

PIBLUP测试结果

• 结果准确度：PIBLUP VS DMU

使用PIBLUP和DMU分析同一数据集，计算GEBV的结果，两者的相关系数为1，表明两者结果完全一致。

• 运算速度：PIBLUP VS DMU and BLUPF90

文章中比较了PIBLUP，BLUPF90和DMU在单线程和多线程对同一数据的运行结果，结果如下：