Повышение урожайности сельскохозяйственных культур становится критически важным в условиях меняющегося климата, и новые методы селекции позволяют добиться значительного прогресса. Международная исследовательская группа, возглавляемая Институтом генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур им. Лейбница (IPK), разработала подход, использующий искусственный интеллект и большие данные для точного подбора сортов озимой пшеницы к конкретным местным условиям.
Ученые сосредоточились на моделировании взаимодействия между генотипом и окружающей средой, что необходимо для прогнозирования урожайности в определенных местах. Они проанализировали обширные данные, включающие сведения об урожайности зерна более чем 13 200 генотипов, испытанных в 31 локации Центральной Европы с 2010 по 2022 год. Эти фенотипические данные были объединены с геномной информацией (около 10 000 генетических маркеров) и экологическими параметрами, такими как суточная температура и осадки.
Были разработаны и сравнены различные прогностические модели, включая статистические подходы и методы глубокого обучения. Наилучшая модель применялась для предсказания характеристик сортов в 117 условиях окружающей среды и выявления наиболее подходящих из них. Учет взаимодействия генотипа и среды позволил повысить точность прогнозов поведения новых сортов на 23%.
Отбор 10% лучших генотипов, адаптированных к конкретным условиям, привел к дополнительному увеличению урожайности почти на четыре центнера с гектара по сравнению с сортами, отобранными только по средним показателям. «Этот дополнительный урожай эквивалентен успеху до двенадцати лет традиционной селекции в Германии. Это демонстрирует огромный, ранее скрытый потенциал урожайности селекционных программ», — отмечает профессор Йохен Райф, руководитель отдела 'Исследования в области селекции' в IPK.
«Наше исследование показывает, что взаимодействие между генами и условиями окружающей среды является ключевым фактором для значительного улучшения прогнозов урожайности», — поясняет первый автор работы Абхишек Гогна. Этот подход можно сравнить с индивидуальным пошивом костюма вместо покупки стандартного размера, что подчеркивает важность учета местной адаптации в селекции.
