Кукуруза нового поколения: ИИ и генетика помогают снизить потребность в удобрениях

Об этом сообщает ScienceDaily.

Азотные удобрения критически важны для выращивания кукурузы, но проблема в том, что большая часть азота из них не усваивается: в среднем только 55% удобрений используются растением. Остальное проникает в почву и воду, загрязняя окружающую среду, или превращается в закись азота — мощный парниковый газ. В США, которые являются мировым лидером по производству кукурузы, это вызывает масштабные экологические и экономические потери.

Чтобы решить эту проблему, команда под руководством профессора Глории Коруцци разработала подход, сочетающий анализ генома с машинным обучением. Они использовали модельное растение Arabidopsis, генетически родственное с кукурузой, и сравнили реакцию обоих видов на азот. Ученые определили гены, которые в обеих культурах реагируют подобным образом, а также обнаружили так называемые «регулоны» — группы генов, управляемых одним транскрипционным фактором и коллективно определяющих эффективность использования азота (NUE — nitrogen use efficiency).

Далее команда обучила модель ИИ прогнозировать эффективность азотного питания на основе экспрессии этих регулонов. В результате удалось выделить два ключевых транскрипционных фактора в кукурузе (ZmMMYB34/R3) и один в Arabidopsis (AtDIV1), которые управляют десятками NUE-генов. Их проверили в лабораторных условиях, и результаты подтвердили: модели ИИ точно предсказывают азотную эффективность полевых сортов.

Это открывает новые возможности для селекции. Теперь, вместо долгих полевых испытаний, агрономы могут уже на этапе проростков по молекулярным маркерам определять, какие гибриды кукурузы наиболее экономно используют удобрения. Это позволяет не только сэкономить на азоте, но и значительно уменьшить вред окружающей среде.

Университет подал патентную заявку на результаты этого исследования. Над проектом работали ученые NYU, Национального университета Тайваня и Министерства сельского хозяйства США при поддержке Национального научного фонда и Национальных институтов здравоохранения.

Как отмечает профессор Коруцци, искусственный интеллект меняет не только подходы к генетике, но и будущее самой агрономии — где главную ставку будут делать не только на урожайность, но и на эффективность каждого внесенного элемента.