Подбор продуктивных сортов озимой пшеницы для конкретных мест выращивания выполнил ИИ. Взаимодействие между генотипом и условиями окружающей среды имеет решающее значение для продуктивности и урожайности растения. Например, сорт озимой пшеницы может давать высокий урожай в одном месте, но показывать низкие результаты в другом, с совершенно иными условиями окружающей среды. Следовательно, как окружающая среда влияет на продуктивность генотипа, важно знать и для селекционеров, и для аграриев.
Изменение климата и меняющиеся условия выращивания создают новые проблемы для селекции. Важно учитывать местные условия окружающей среды.
Международная группа исследователей под руководством Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур им. Лейбница (IPK) использовала искусственный интеллект и большие данные для разработки метода определения того, какие сорта озимой пшеницы лучше всего подходят для конкретных мест. Результаты исследования опубликованы в журнале Genome Biology.
Учитывая растущую диверсификацию условий выращивания, в контексте изменения климата крайне важно создавать сорта, адаптированные к конкретным местным условиям. Поэтому исследовательская группа сосредоточилась на максимально точном моделировании взаимодействия между генотипом и окружающей средой. Это необходимо для точного прогнозирования урожайности в конкретных местах.
Сначала ученые проанализировали большие объемы данных по озимой пшенице. Для этой цели были собраны данные об урожайности зерна более чем 13 200 генотипов (линий и гибридов), выращенных и протестированных в 31 месте в Центральной Европе в период с 2010 по 2022 год. Затем эти фенотипические данные были объединены с геномными данными (приблизительно 10 000 генетических маркеров) и информацией об окружающей среде, такой как суточная температура и количество осадков.
Исследователи разработали и сравнили различные модели прогнозирования, включая статистические подходы и методы глубокого обучения. Лучшую модель они использовали для прогнозирования характеристик сортов пшеницы в 117 условиях окружающей среды и для выявления сортов, подходящих для конкретных условий.
«Наше исследование показывает, что взаимодействие между генами и условиями окружающей среды является ключевым фактором для значительного улучшения прогнозов урожайности», — объясняет Абхишек Гогна, первый автор исследования.
Учитывая взаимодействие генотипа и окружающей среды, исследовательская группа смогла с большей точностью предсказать, как новые сорта будут вести себя в конкретных условиях, достигнув улучшения на 23%. Это можно сравнить с покупкой нового костюма: вместо стандартного размера, подходящего большинству людей в среднем (традиционное прогнозирование), вы получаете костюм, сшитый точно по вашей фигуре (прогнозирование с учетом адаптации к окружающей среде).
Кроме того, отбор 10% лучших генотипов, адаптированных к конкретным условиям окружающей среды, позволил добиться дополнительного увеличения урожайности почти на четыре центнера с гектара по сравнению с сортами озимой пшеницы, отобранными исключительно по средним показателям.
«Этот дополнительный урожай эквивалентен успеху до двенадцати лет традиционной селекции в Германии. Это демонстрирует огромный, ранее скрытый потенциал урожайности селекционных программ»», — говорит профессор Йохен Райф, руководитель отдела «Исследования в области селекции» в Институте селекции растений (IPK).
Источник: Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research.