Исследователи из Национальной лаборатории Oak Ridge (США) представили первую в мире автоматизированную платформу для визуализации корневых систем растений прямо в почве, позволяющую анализировать рост корней в режиме реального времени без разрушения образцов. Эта инновация внедрена в Advanced Plant Phenotyping Laboratory (APPL, созвучно слову apple — яблоко) — высокотехнологичную систему фенотипирования растений, ранее ориентированную только на оценку надземных частей.
Платформа использует роботов и специальные прозрачные контейнеры-ризобоксах (что аналогично автоматизированной системе rhizobox imaging в других исследованиях корней), где растения растут в почве, а камеры периодически снимают их корневую систему без вмешательства в процесс роста.
Оборудование оснащено высококачественными цветными камерами и камерами в ближнем инфракрасном диапазоне, фиксирующими структуру корней и физиологические показатели, такие как поглощение воды. Система работает круглосуточно в автоматическом режиме, генерируя большие объемы данных (до 1 ТБ в неделю), готовых для анализа с помощью алгоритмов машинного обучения.
До появления APPL наблюдение корней растений было трудоемким, инвазивным и давало лишь статичные «снимки» в определенный момент, тогда как новая система предоставляет временной ряд развития корневой системы целиком, позволяя ученым изучать динамику роста, реакцию на стресс и взаимодействие с почвенными организмами.
Цифры и факты кратко
Система визуализации и анализа корней APPL это:
- Объем до 500 ризобоксов;
- Видимое окно размером 30х40 см;
- Изменяемый угол наклона бокса для обеспечения визуализации роста корней;
- Изменяемая глубина и направление полива — сверху, посередине и снизу;
- Роботизированная визуализация в режиме 24/7;
- Цветная камера с высоким разрешением для измерения структуры корней;
- Камера с высоким разрешением в ближней инфракрасной области для получения физиологических данных, таких как поглощение влаги;
- Еженедельно собирается до 1 терабайта данных о корнях и побегах;
- Анализ данных с помощью искусственного интеллекта.
Система подземной визуализации APPL дает нам перспективу, которую мы не можем легко получить сегодня в полевых условиях, когда мы ограничены сбором образцов в определенный момент времени. В APPL мы получаем перспективу временных рядов и автономный метод отбора проб, который позволяет сохранить растение и его корни нетронутыми для будущих исследований.
По словам специалистов, сочетание данных о корнях и надземных частях растений ставит перед исследователями целый спектр новых увлекательных вопросов: как растения распределяют ресурсы между корнями и листьями, как разные генотипы реагируют на засуху, какие корни способствуют лучшему усвоению питательных веществ.
Эта технология вписывается в международную инициативу OPAL (Orchestrated Platform for Autonomous Laboratories), направленную на создание сети самообучающихся лабораторий с ИИ, роботами и суперкомпьютерами для ускорения биотехнологических открытий.
Недавно на Дальнем Востоке открыли новый род морских бактерий, которые пригодятся в биотехнологиях.
