Создание цветных культур для упрощения прополки роботами

Ученые предлагают биоинженерный подход для упрощения прополки: сделать культурные растения цветными или с листьями другой формы, чтобы их было легче отличить от диких сородичей и сорняков. Это может включать редактирование генома культур для экспрессии пигментов, уже производимых многими растениями, например, антоцианов (придают чернике синий цвет) или каротиноидов (придают моркови оранжевый цвет). Затем роботы для прополки, обученные с помощью машинного обучения, смогут удалять только сорняки.

Авторы излагают свою стратегию в журнале Trends in Plant Science.

Стратегия: Для улучшения распознавания сорняков предлагается использовать методы генного редактирования, чтобы внести в de novo одомашненные культуры признаки, позволяющие визуально распознавать их роботами. Этот устойчивый подход сочетает потенциал редактирования генома с мощью искусственного интеллекта и, в принципе, может быть использован и для уже существующих культур.

Контекст и проблема: Человечество одомашнивало культуры тысячелетиями путем отбора и селекции. Современная генетика позволяет быстро создавать новые (de novo) культуры, редактируя гены диких растений для придания им желаемых признаков. Это может помочь создать культуры, более устойчивые к стрессам, например, к изменению климата. Однако такие культуры будут сильно похожи на своих диких родственников, что создаст сложности в борьбе с сорняками.

Решение: Вместо внедрения генов устойчивости к гербицидам, исследователи предлагают сочетать генную инженерию с технологиями ИИ для создания визуально отличимых культур.

Методы визуального различия:

1. Пигменты: Изменение генома для экспрессии растительных пигментов:
   • Антоцианы — отвечают за красный, фиолетовый и синий цвета (ягоды, краснокочанная капуста).
   • Каротиноиды — отвечают за желтый, оранжевый и красный цвета (морковь, перец, листья).
2. Форма листьев: Изменение структуры листа (например, количества лопастей) для упрощения или усложнения формы по сравнению с диким аналогом.
3. Семена: Изменение цвета или формы семян для облегчения их сортировки после сбора урожая.

Дополнительные преимущества пигментов:

• Антоцианы связаны с повышенной устойчивостью к вредителям, грибковым и бактериальным инфекциям, токсичности тяжелых металлов и другим стрессам.
• Каротиноиды являются источником провитамина А в рационе человека.

Необходимые дальнейшие исследования:

• Влияние изменений (пигментов, формы листа) на жизнеспособность культуры, фотосинтез и устойчивость.
• Улучшение технологий дистанционного зондирования.
• Оптимизация методов обучения роботов для распознавания новых признаков культур.