Корень: ключевой элемент сельского хозяйства
Корень, который отвечает за прикрепление растения к почве, является важным органом для общего роста и развития растения. Корни обеспечивают необходимую структурную и функциональную поддержку для включения питательных веществ и воды из почвы. Поэтому характеристика различных корневых признаков важна не только для понимания роста органов, но и для оценки влияния корней в сельском хозяйстве.
В CRAG исследовательская группа во главе с Аной И. Кано-Дельгадо изучает сигнальные эффекты стероидных гормонов на развитие корней, используя небольшое модельное растение Arabidopsis thaliana. Для этого исследователи лаборатории Кано-Дельгадо должны измерить длину корня большого количества проростков арабидопсиса, содержащих различные генетические модификации и подвергшихся воздействию различных условий. Благодаря этим исследованиям они недавно обнаружили, как создавать засухоустойчивые растения, не влияя на их рост.
Изабель Бетегон-Путце три года работала над докторской диссертацией в CRAG, и за это время она провела много часов, измеряя корни арабидопсиса с фотографиями, которые она делает. «Я пробовал несколько программ для полуавтоматического анализа, но они были недостаточно точными и их было очень трудно использовать», – объясняет Бетегон-Пуце. Руководитель ее диссертации Ана I. Кано-Дельгадо предложил сотрудничать с инженером Ксавье Севильяно из Исследовательской группы медиа-технологий в Ла Саль, чтобы разработать новое программное обеспечение, которое упростило бы этот процесс.
MyRoot: искусственный интеллект для экономии времени
Следуя указаниям Кано-Дельгадо, Изабель Бетегон-Путце работала рука об руку с компьютерным инженером Алехандро Гонсалесом – из команды Севильано – над разработкой удобного программного обеспечения. "Одной из сильных сторон MyRoot является то, что он не только очень точен, но и очень удобен для конечного пользователя.
Для этого было ключевым моментом включить в процесс разработки таких биологов растений, как Изабель, с учетом их мнений и потребностей », – объясняет Алехандро Гонсалес.
Одной из проблем, которые пришлось преодолеть новому программному обеспечению, была замена исследователя, обученного отличать стебли от корней у небольших проростков арабидопсиса, поскольку на этом этапе их внешний вид очень похож.
Для этого исследователи использовали методы машинного обучения, обучая алгоритм саженцам разного возраста и характеристик. «Мы обучили систему, подвергая ее воздействию множества различных ситуаций», – объясняет Ксавье Севильяно. «Благодаря использованию машинного обучения в MyRoot программное обеспечение очень точно измеряет корни», – добавляет он.
В статье, опубликованной в The Plant Journal, команда CRAG и La Salle сравнила время, необходимое для ручных измерений, с временем MyRoot, демонстрируя, что MyRoot сокращает время, необходимое для измерения одной чашки примерно наполовину.
MyRoot также дает наиболее точные измерения длины корня по сравнению с аналогичным программным обеспечением, предполагая, что он может стать широко используемым инструментом исследовательского сообщества для проведения высокопроизводительных экспериментов с меньшими затратами времени.
Будущее: инструмент на службе сельского хозяйства
«Мы очень довольны результатами, полученными благодаря этому сотрудничеству с инженерами La Salle, и мы уже думаем о расширении проекта, уведя его подальше от академической сферы», – объясняет Ана И. Кано-Дельгадо.
На самом деле, исследователи уже думают о дальнейшей автоматизации этого процесса, построив робота, который еще больше ограничит вмешательство исследователя и позволит анализировать большое количество образцов за короткое время. «Следующее, что мы хотим сделать, это добавить оборудование к разработанному программному обеспечению», – говорит Кано-Дельгадо. «Если мы также расширим и обучим программное обеспечение для использования с корнями различных видов растений, оно также может стать очень полезным инструментом в сельскохозяйственной сфере», – добавляет она.