Вчені з Нью-Йоркського університету розробили інноваційний метод, який дає змогу вирощувати кукурудзу з більш високою ефективністю використання азоту. Об’єднавши штучний інтелект і знання генетики рослин, вони визначили групи генів, управляючих здатністю культури засвоювати азот — одне із головних чинників врожайності і витрат за добрива.
Про це повідомляє Science Daily.
Азотні добрива є критично важливими для вирощування кукурудзи, але проблема в тому, що більшість азоту з них не засвоюється: в середньому лише 55% добрив використовуються рослиною. Решта проникає у ґрунт і воду, забруднюючи навколишнє середовище, або перетворюється на закис азоту – потужний парниковий газ. У США, які є світовим лідером з виробництва кукурудзи, це спричиняє масштабні екологічні та економічні втрати.
Щоб вирішити цю проблему, команда під керівництвом професора Глорії Коруцці розробила підхід, який поєднує аналіз геному з машинним навчанням. Вони використовували модельну рослину Arabidopsis, генетично споріднену з кукурудзою, та порівняли реакцію обох видів на азот. Вчені визначили гени, які в обох культурах реагують подібним чином, а також виявили так звані «регулони» — групи генів, що керуються одним транскрипційним фактором та колективно визначають ефективність використання азоту (NUE — nitrogen use efficiency).
Далі команда навчила модель ІІ прогнозувати ефективність азотного харчування на основі експресії цих регулонів. В результаті вдалося виділити два ключові транскрипційні фактори в кукурудзі (ZmMMYB34/R3) і один в Arabidopsis (AtDIV1), які управляють десятками NUE-генів. Їх перевірили у лабораторних умовах, і результати підтвердили: моделі ІІ точно передбачають азотну ефективність польових сортів.
Це відкриває нові можливості для селекції. Тепер, замість довгих польових випробувань, агрономи можуть на етапі проростків по молекулярним маркерам визначати, які гібриди кукурудзи найбільше економно використовують добрива. Це дозволяє не тільки заощадити на азоті, а й значно зменшити шкоду навколишньому середовищу.
Університет подав патентну заявку на результати дослідження. Над проектом працювали вчені NYU, Національного університету Тайваню та Міністерства сільського господарства США за підтримки Національного наукового фонду та Національних інститутів охорони здоров’я.
Як зазначає професор Коруцці, штучний інтелект змінює не лише підходи до генетики, а й майбутнє самої агрономії, де головну ставку робитимуть не лише на врожайність, а й на ефективність кожного елемента.