Кукурудза нового покоління: ШІ та генетика допомагають зменшити потребу в добривах

Науковці з Нью-Йоркського університету розробили інноваційний метод, який дозволяє вирощувати кукурудзу з вищою ефективністю використання азоту. Поєднавши штучний інтелект і знання про генетику рослин, вони визначили групи генів, що керують здатністю культури засвоювати азот — один із головних чинників урожайності та витрат на добрива.

Про це повідомляє ScienceDaily. 

Азотні добрива критично важливі для вирощування кукурудзи, але проблема в тому, що більша частина азоту з них не засвоюється: у середньому лише 55% добрив використовуються рослиною. Решта проникає в ґрунт і воду, забруднюючи довкілля, або перетворюється на закис азоту — потужний парниковий газ. У США, які є світовим лідером із виробництва кукурудзи, це спричиняє масштабні екологічні й економічні втрати.

Щоб розв’язати цю проблему, команда під керівництвом професорки Глорії Коруцці розробила підхід, що поєднує аналіз геному з машинним навчанням. Вони використали модельну рослину Arabidopsis, генетично споріднену з кукурудзою, і порівняли реакцію обох видів на азот. Вчені визначили гени, які в обох культурах реагують подібним чином, а також виявили так звані «регулони» — групи генів, що керуються одним транскрипційним фактором і колективно визначають ефективність використання азоту (NUE — nitrogen use efficiency).

Далі команда навчила модель ШІ прогнозувати ефективність азотного живлення на основі експресії цих регулонів. У результаті вдалося виділити два ключові транскрипційні фактори в кукурудзі (ZmMYB34/R3) і один у Arabidopsis (AtDIV1), які керують десятками NUE-генів. Їх перевірили в лабораторних умовах, і результати підтвердили: моделі ШІ точно передбачають азотну ефективність польових сортів.

Це відкриває нові можливості для селекції. Тепер, замість довгих польових випробувань, агрономи можуть уже на етапі проростків за молекулярними маркерами визначати, які гібриди кукурудзи найбільш економно використовують добрива. Це дозволяє не лише заощадити на азоті, а й значно зменшити шкоду довкіллю.

Університет подав патентну заявку на результати цього дослідження. Над проєктом працювали вчені NYU, Національного університету Тайваню та Міністерства сільського господарства США за підтримки Національного наукового фонду та Національних інститутів охорони здоров’я.

Як зазначає професорка Коруцці, штучний інтелект змінює не тільки підходи до генетики, а й майбутнє самої агрономії — де головну ставку робитимуть не лише на врожайність, а й на ефективність кожного внесеного елемента.