JP2021509212A - 病害の予測・コントロール方法、及びそのシステム - Google Patents
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Abstract
Description
当該ペプチド予測モデルは、ユーザーが病害のコントロール対策として用いる目的ペプチドを効果的に同定することができる。真菌病害に用いる目的抗真菌ペプチドを予測するために、潜在的な抗真菌ペプチドを評価及び予測する抗真菌予測システムと、宿主、病原体と対応するペプチドの関係を含む検索システムとを含む抗真菌データベースを確立する。したがって、当該抗真菌データベースは、ユーザーのニーズに応じる宿主、病原体及び対応するペプチドの照合を可能にし、抗真菌ペプチドによる新薬の発見と旧薬の転用の両方でその機能を強化できる。
当該病害発生モデルは、病害発生に係る毎日の確率を提供する。当該病害発生モデルにおいて、畳み込みニューラルネットワーク(Convolutional Neural Network、略称CNN)方法を用いて人間に認識しにくい気象パターンを把握する。さらに、当該病害発生モデルは、IoT技術を用いて警告システム及び自動散布システムに接続させて、当該ペプチド予測モデルによって予測されたペプチドを農場に適用する。
本開示に係る次なる説明において、本開示の原理と実施の形態を示す例が参照される。本開示の範囲から逸脱することなく本開示、及びその構造的又は機能的な変更を実施するために他の実施形態が用いられる。
ローカルデータベースより取得された新規なペプチドに加え、CAMP、APD、PhytAMP等のオンラインのパブリックデータベースより陽性(抗真菌)データセットを収集し、タンパク質又はペプチド関係のパブリックデータベースUniProtより、関連の抗真菌特性又は抗菌特性を有しない陰性(抗真菌属性を有しないペプチド)データセットを収集する。
各ペプチドにおいて、合計で20種類のアミノ酸(AA)が存在し、次式に示すように400種のジペプチド頻度が生じるため、400×1のジペプチド頻度行列が形成される。
当該ペプチドのスコアリングに使用される初期の重みは、最初に決定する陽性データセットのジペプチド頻度P(ij)、陰性データセットのジペプチド頻度N(ij)を含み、両者は次の方程式により算出される。ここで、nijはij番目のジペプチドの出現回数を、Lp−1は全てのペプチドの長さから各1を引いた後のそれらの和を表す。
実施例1に記載されたステップに従って、25%の配列同一性を有する抗真菌ペプチド(AFP25)の最終的なROC曲線及びテストデータセットの結果を図10に示す。
スコアカードの結果を示すために、ペプチドをその3D構造におけるジペプチドスコアをカラー表示することによって視覚化する。ジペプチドスコアがより高いペプチドの領域は濃い陰影がつけられ、ジペプチドスコアが低いペプチドの領域は淡い陰影をつけて示される。このように、抗真菌ペプチドの重要な領域は、濃い陰影がつけられた領域によって同定される。
ニューラルネットワークに基づいて、毎日の気象に関連する病害の発生を予測するモデルを確立する。予測システムには、政府機関より収集された病害データ、及び中央気象局のウェブサイトより取得された当該病害データに対応する気象データの2種類のデータが使用される。次に、当該2種類のデータを組み合わせて、対応する気象データのない病害データは削除する。
実施例4に記載のCNN方法を用いる病害発生の毎日の予測に加え、病害の発生前に胞子発芽が必ず生じるため、胞子発芽率の算出を含めば、より正確なタイミングでの予測が図れる。胞子発芽につながる条件は、実験によって同定及び確認される。
検出温度、湿度等の気象条件センサーは、IoTによって接続され、これらの値を当該予測モデルのプロセッサに伝送する。病害発生に係る毎日の確率を算出する。算出された確率がユーザーによって設定された特定の値を超えた場合は、当該病害が発生する可能性があることを当該ユーザーに通知し、予測された抗真菌ペプチドを散布するよう助言する。当該ユーザーは自動的に散布するかどうかを決定できる。図35は、IoTへの当該適用に係る主な構成を示す。
Claims (20)
- 環境情報を検出するように設定された複数のセンサーと、
病害データ及び気象データを収集し、
前記病害データと前記気象データを組み合わせて複合データを形成し
機械トレーニング及びテストプロセスより前記複合データを処理し、
複数の病害発生のパターンを同定するように、病害予測モデルを作成するように設定されたプロセッサとを含み、
前記病害予測モデルは、前記環境情報、前記パターンに基づいて病害発生の確率を算出するように設定される病害のコントロールシステム。 - 前記気象データは、観測時間、圧力、温度、露点温度、相対湿度、風速、風向、降水量、日照時間、視程、紫外線指数、雲量の少なくとも一方を含む請求項1に記載のシステム。
- 前記病害データは、前記病害発生の指示に係る陽性ラベル及び陰性ラベルを含む請求項1に記載のシステム。
- 前記プロセッサはさらに、前記病害データ、前記気象データから特徴を抽出して前記病害予測モデルを作成するように設定され、前記特徴は機械トレーニングプロセス及びテストプロセスのために前記プロセッサによって処理される請求項1に記載のシステム。
- 前記機械トレーニング、前記テストプロセスは畳み込みニューラルネットワーク(CNN)に関連付ける請求項1に記載のシステム。
- さらに前記パターンを、病害が起こらないことを示す陰性の出力、又は病害が起こることを示す陽性の出力に分類するように前記病害予測モデルを作成するように前記プロセッサが設定される請求項1に記載のシステム。
- 前記病害予測モデルは、前記陽性の出力に基づいて警告を発するように設定される請求項6に記載のシステム。
- 前記センサーは、モノのインターネット(IoT)技術によって前記環境情報を前記病害予測モデルに伝送するように設定される請求項1に記載のシステム。
- 前記環境情報は、所定の期間における相対湿度、温度、降水量、圧力の少なくとも一方を含む請求項1に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、胞子発芽率を予測する胞子発芽モデルを作成するようにさらに設定される請求項9に記載のシステム。
- 前記胞子発芽率は相対湿度及び温度に基づく請求項10に記載のシステム。
- 前記相対湿度、前記温度は、独立な事象である請求項11に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記病害予測モデル及び前記胞子発芽モデルによって病害発生の時間を提供するように設定される請求項10に記載のシステム。
- 前記病害予測モデル又は前記胞子発芽モデルは、モノのインターネット(IoT)技術によって前記病害発生の確率又は前記病害発生の時間を散布システムに伝送するように設定される請求項10に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、スコアカード法(SCM)によって抗真菌機能を有するペプチドを予測するように設定されるペプチド予測モデルをさらに含む請求項1に記載のシステム。
- 前記ペプチド予測モデルは、宿主、病原体と対応するペプチドの関係を含む検索システムを含むようにさらに設定される請求項16に記載のシステム。
- 前記ペプチド予測モデルは、前記ペプチドを構成するジペプチドの傾向を決定することによってペプチドのスコアを算出することを含む請求項16に記載のシステム。
- 前記ペプチド予測モデルは、前記ペプチドの配列を分析することによってペプチドのスコアを算出することを含む請求項16に記載のシステム。
- 前記病害発生の確率に基づいて抗真菌機能を有する前記ペプチドを1つの領域に散布するように設定された散布システムに接続される請求項16に記載のシステム。
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