Pirinač je jedan od najvažnijih useva na svetu i predstavlja primarni izvor hrane za više od polovine stanovništva Zemlje. Zaštita plantaža pirinča od bolesti je stoga suštinski poduhvat u savremenoj poljoprivredi. Od mnogih patogena koji mogu da zaraze biljke pirinča, bakterija Ksanthomonas orizae, koja je odgovorna za bakterijsku opekotinu (BB), je među najgorima. Stotine miliona dolara vrednih useva se gubi svake godine zbog BB, a milioni dolara se troše na preventivne mere i istraživanja.
Jedna od najplodonosnijih strategija za kontrolu BB i drugih bolesti useva je uzgajanje genetski otpornih sorti. Međutim, kako patogeni mogu brzo da evoluiraju, istraživači moraju stalno da istražuju nove gene koji daju otpornost i da ih primenjuju prilikom razmnožavanja. Stoga, oni moraju redovno da uzorkuju više biljaka pirinča u različito doba godine i mere svoj odgovor na bakterijsku infekciju, što predstavlja ručno intenzivan i dugotrajan rad.
Ali šta ako bismo iskoristili moderne tehnologije da u velikoj meri pojednostavimo ovaj proces? U nedavnoj studiji objavljenoj u Plant Phenomics, istraživački tim predvođen dr. Ksuping Fengom sa Univerziteta Zhejiang, Kina, razvio je inovativnu strategiju koja kombinuje dronove i mašinsko učenje kako bi se procenila epidemija BB na terenu i proveravala potencijalno otporne gene.
Istraživači su postavili dva eksperimentalna mesta u provinciji Zhejiang, Kina, gde su uzgajali preko 60 vrsta sorti pirinča sa različitom otpornošću na BB. Koristeći bespilotne letelice (UAV, poznatije kao ‘dronovi’) opremljene redovnim i multispektralnim kamerama, snimili su mesta useva u različitim fazama razvoja pirinča. Nakon toga, kombinovali su ove slike UAV-a sa akumuliranim podacima o temperaturi (AT) i koristili ih za obuku modela dubokog učenja za procenu ozbiljnosti BB.
Vredi napomenuti, spajanje AT podataka sa podacima UAV snimanja snimljenim u različitim fazama rasta biljaka pirinča bila je strategija jedinstvena za ovu studiju. Tim je otkrio da su ove informacije bile dovoljne da obučeni model napravi tačna predviđanja o ozbiljnosti BB. Štaviše, istraživači su takođe testirali da li model obučen sa podacima prikupljenim na jednoj lokaciji može biti snabdeven malom količinom podataka o obuci prikupljenih na drugoj lokaciji kako bi se poboljšala njegova predviđanja na ovoj drugoj lokaciji.
Na sreću, njihovi rezultati su bili veoma obećavajući, kao što dr Feng primećuje: „S obzirom na cenu uzorkovanja na terenu, otkrili smo da je prenos samo 20% novih podataka korisna i isplativa strategija ažuriranja modela za postizanje pouzdanih predviđanja BB. ozbiljnost na različitim lokacijama.“
Istraživači su zatim pokušali da iskoriste ovu novu metodu za efikasno merenje težine BB pomoću UAV-a za izvođenje kvantitativnog mapiranja lokusa osobina (KTL).
„KTL označava lokaciju u genomu gde gen kontroliše specifične kvantitativne osobine, kao što je podložnost bolesti. Mapiranje KTL-a na reakcije useva pod stresom patogena može pomoći uzgajivačima da identifikuju funkcije ili osobine useva koje određeni skup KTL-ova kontroliše“, objašnjava dr Feng. Pojednostavljeno rečeno, KTL mapiranje uključuje analizu genoma više uzoraka organizma i pokušava da odredi koji bi geni mogli biti odgovorni za ciljnu osobinu, uključujući otpornost na bolesti.
U ovoj studiji, tim je utvrdio ozbiljnost bolesti BB u usevima indirektno koristeći UAV slike i kombinovao ove informacije sa rezultatima genetske analize više uzoraka pirinča uzetih u različitim fazama rasta i iz različitih sorti. Kroz ovaj pristup, istraživači su uspeli da otkriju oba prethodno identifikovana KTL-a povezana sa otpornošću na BB, kao i tri nova!
Kao što pokazuju rezultati, ukupna strategija opisana u studiji mogla bi postati stvarna ušteda vremena u istraživanju poljoprivrednih bolesti. „U poređenju sa ručnim merenjem ozbiljnosti bolesti, tehnike daljinskog otkrivanja bespilotnih letelica nam omogućavaju da brzo prikupimo velike fenotipske informacije, što pruža tehničku podršku za ubrzanje istraživanja uzgoja“, zaključuje dr Feng. Što je najvažnije, dok je pristup razvijen i testiran posebno za pirinač i BB, mogao bi se prilagoditi i drugim kulturama i bolestima.
