Дроны и генетика объединились для создания засухоустойчивой пшеницы

Новое исследование под руководством учёных из Еврейского университета и Института Вулкани меняет подход к изучению устойчивости пшеницы. Используя дроны с тепловыми и гиперспектральными камерами, команда нашла более быстрый и точный метод идентификации сортов пшеницы, способных процветать в жарком и сухом климате.

Исследование, проведённое кандидатом наук Роем Садехом под руководством д-ра Итаи Херрманна и проф. Цви Пелега, было опубликовано в журнале Computers and Electronics in Agriculture. Дроны совершали полёты над экспериментальными посевами пшеницы в укрытии от дождя на объекте Pheno-IL, собирая детальные изображения, фиксирующие как излучаемое тепло, так и свет, отражённый от растений.

Эти изображения позволили оценить, насколько эффективно разные сорта пшеницы управляют водой через устьица — крошечные поры на листьях, регулирующие влаго- и газообмен. Также отслеживались такие признаки, как индекс листовой поверхности и содержание хлорофилла.

С помощью моделей машинного обучения команда проанализировала эти данные за два сезона выращивания. Им удалось связать эти признаки растений с конкретными регионами генома пшеницы, идентифицировав 16 генетических маркеров, связанных с лучшей производительностью в оптимальных и засушливых условиях. Эти маркеры были дополнительно подтверждены в последующих полевых испытаниях.

"До сих пор измерение устьичной проводимости — способности растения регулировать воду — было медленным и требовало ручных инструментов, — сказал Рой Садех. — Этот подход на основе дронов предлагает быстрый и мощный новый способ идентификации засухоустойчивых растений, не прикасаясь к ним".

Исследование охватило 300 различных генотипов пшеницы, выращенных в оптимальных и засушливых условиях. Использование моделей метода опорных векторов для оценки признаков растений на основе изображений с дронов позволило достичь улучшения точности на 28% для оценки водопользования. Это первый случай, когда измерения устьичной проводимости на основе БПЛА использовались для картирования генетических маркеров у пшеницы.

Интеграция технологии дронов с генетическим анализом может значительно ускорить селекцию, помогая сельскому хозяйству соответствовать глобальному спросу на продовольствие в условиях изменения климата.