Vi skadar floran inte bara genom att skära ner den utan också genom giftiga utsläpp. För att bekämpa klimatförändringarna och hålla den globala temperaturen i schack har FN:s klimatpanel (IPCC) tydligt gjort att koldioxidavskiljning är ett måste. I linje med detta skapar forskare vid Salk koldioxidavskiljningsanläggningar med AI samtidigt som de förbättrar växternas rotsystem. Denna optimering är avsedd att öka mängden lagrat kol och förlänga hur länge det lagras.
Ett unikt samarbete vid Salk använder smart programvara som heter SLEAP för att titta på växters egenskaper. Detta hjälper till att få växter som bekämpar klimatförändringar att utvecklas snabbare. SLEAP är ett lättanvänt datorprogram som använder artificiell intelligens (AI) för att övervaka olika egenskaper hos rottillväxt . Ursprungligen skapades det av Salk-stipendiaten Talmo Pereira för att följa hur djur rör sig i laboratorier. Men nu arbetar Pereira och växtforskaren professor Wolfgang Busch från Salk med att använda SLEAP för växter.
Busch, som är Hess-professor i växtvetenskap vid Salk, sa: ”Vi har redan kunnat skapa den mest omfattande katalogen över fenotyper av växters rotsystem hittills, vilket verkligen accelererar vår forskning för att skapa kolbindande växter som bekämpar klimatförändringar. SLEAP har varit så enkelt att tillämpa och använda tack vare Talmos professionella programvarudesign, och det kommer att bli ett oumbärligt verktyg i mitt labb framöver.”
Hur är SLEAP bättre?
Det som gör SLEAP annorlunda är dess innovativa användning av både datorseende (datorers förmåga att förstå bilder) och djupinlärning (en typ av AI-metod som tränar datorer att lära sig och fungera som den mänskliga hjärnan). Denna kombination låter forskare analysera bilder utan att gå igenom varje pixel manuellt. Istället kan de bara hoppa över detta tidskrävande steg och direkt gå från bilden till att identifiera specifika växtegenskaper.
Elizabeth Berrigan , bioinformatikanalytiker i Buschs laboratorium och en av studiens förstaförfattare, sa: ”Vi skapade ett robust protokoll som validerats i flera anläggningstyper som minskar analystiden och risken för mänskliga fel, samtidigt som det betonar tillgänglighet och användarvänlighet – och det krävde inga ändringar av själva SLEAP-programvaran.”
Forskarna ändrade inte kärntekniken i SLEAP , utan utvecklade en nedladdningsbar verktygslåda med namnet sleap-roots (tillgänglig som öppen källkodsprogramvara här). Med sleap-roots kan SLEAP användas för att studera biologiska egenskaper hos rotsystem, såsom djup, massa och tillväxtvinkel.
Detta, tillsammans med de omfattande ansträngningarna inom genomsekvensering för att förstå genotypdata hos många grödor, kan göra det möjligt för forskare att använda fenotypiska data (som en växts djupa rotsystem) för att avslöja de gener som är ansvariga för att skapa sådana egenskaper.
Visste du att forskare skapar kraftverk för att utvinna vind- och regnenergi?
Höjdpunkter
- Med detta nya sätt att använda SLEAP är det möjligt att studera hur djupt och brett växter växer, hur stora deras rotsystem blir, tillsammans med andra fysiska egenskaper.
- Dess användning på växter har hjälpt forskare att skapa den största samlingen av fenotyper från växters rotsystem någonsin.
- Dessutom hjälper det forskare att identifiera gener som är associerade med dessa egenskaper att hålla ett öga på dessa fysiska rotegenskaper.
- De kan analysera om flera egenskaper styrs av samma gener eller om de är oberoende av varandra.
- Detta hjälper Salk-teamet att ta reda på vilka gener som är mest användbara för deras växtdesigner.
Forskare upptäckte nya och innovativa sätt att sköta växter med ePlant TreeTags.
SLEAP:s inverkan på växtförädling
Salk-teamet testade sleap-roots-paketet på olika växter. Detta inkluderade viktiga grödor som sojabönor, ris och raps, samt modellväxten Arabidopsis thaliana – ett blommande ogräs i senapsfamiljen.
- Över alla dessa växter fann de att Den nya SLEAP-baserade metoden presterade bättre jämfört med de befintliga metoderna.
- Den klassificerade data 1.5 gånger snabbare, tränade AI-modellen 10 gånger snabbare och förutspådde till och med anläggningsstrukturen baserat på ny data 10 gånger snabbare.
- Den utförde alla funktioner samtidigt som den bibehöll och/eller till och med förbättrade noggrannheten.
Detta steg att koppla samman fysiska egenskaper (fenotyp) och genetisk uppsättning (genotyp) är mycket nödvändigt för Salks mål att utveckla växter som kan lagra mer kol under längre perioder. Dessa växter behöver starkare och djupare rotsystem. Genom att använda denna effektiva och precisa programvara kommer Harnessing Plants Initiative att kunna koppla önskade fenotyper till specifika gener med revolutionerande enkelhet och hastighet.
Forskare vid Salk skapar koldioxidinfångningsanläggningar med AI: Nästa steg
Under utvecklingen av både SLEAP och sleap-roots prioriterade Pereira tillgänglighet och reproducerbarhet. Eftersom programvaran och sleap-roots-verktygslådan är fritt tillgänglig är forskare ivriga att se hur sleap-roots kommer att användas globalt. De har redan inlett diskussioner med NASA-forskare om att använda verktyget inte bara för att vägleda kolbindande växter på jorden utan även för att analysera växter i rymden.
Det samarbetsvilliga teamet på Salk kommer inte heller att upplösas inom den närmaste framtiden. Det är redo att ta sig an en ny och innovativ uppgift – att använda SLEAP för att analysera 3D-data. De planerar att fortsätta förbättra, bredda och dela SLEAP och sleap-roots under de kommande åren. Men redan nu påskyndar deras tillämpning i Salks Harnessing Plants Initiative växtdesign. Det bidrar till institutets ansträngningar mot klimatförändringar.
Källa : AI hjälper forskare att konstruera växter för att bekämpa klimatförändringar
