Американские учёные разрабатывают цифровые инструменты для “общения” с растениями

Слушать статью

Корнелльский университет сообщил, что планирует открыть Центр исследований программируемых систем растений (CROPPS). Он обещает стать проектом, призванным развивать новую область науки, называемую цифровой биологией.

Предполагается, что исследователи из CROPPS в течение пяти лет будут разрабатывать инструменты, которые используют возможности интернета и облачных вычислений, и создадут Интернет Живых Вещей, чтобы в режиме реального времени наблюдать, что растения чувствуют и как они реагируют на окружающую среду. По мере развития этих инструментов они будут становиться всё более интерактивными.

Основная цель проекта — наладить двустороннюю коммуникацию между растениями и учёными. Она может помочь исследователям лучше понять, например, как управлять питательными веществами и водой и как микробы взаимодействуют с растениями, помогая им расти. В конечном счете такие знания позволят исследователям разработать более эффективные методики растениеводства.

Участниками CROPPS стали сотрудники университетов Корнелла, Иллинойса и Аризоны. На реализацию проекта Национальный научный фонд США выделил грант в размере 25 миллионов долларов.

Как сказал доктор Авраам Струк, в основу их проекта легли «растения, наделенные новыми способами выражения биологических процессов, в том числе и скрытых процессов, которые происходят внутри тканей и под землёй». Доктор Сьюзан Маккоуч и профессор Барбара Мак-Клинток уточнили, что проект стал необходим, поскольку «изменения климата нарушили способность растений “читать” окружающую среду».

Начать свою деятельность CROPPS планирует с создания цифровых средств зондирования растений.

Ранним примером таких средств стала работа Струка по разработке наноразмерных датчиков и волоконной оптики для измерения количества воды непосредственно на поверхности листа. Такой инструмент был бы минимально инвазивным и не только улучшил бы понимание базовой биологии растений, но и предоставил бы информацию для выведения более устойчивых к засухе культур.

Ещё одной наработкой стала работа Маргарет Фрэнк, ещё одной соучастницы CROPPS. Ранее она изучала, как растения томатов передают сигналы от корней к листьям, чтобы вызвать биологическую реакцию. Исследовательница обнаружила, что эти сигналы могут отображаться с помощью флуоресценции.

Показатели флуоресценции и наноразмерных датчиков можно передавать в облако по сети и тем самым контролировать состояние растений. Это и есть зондирование. Однако CROPPS планирует научиться не только принимать сигналы от растений, но и посылать их.

В настоящее время Фрэнк работает над проектом, в котором используется вычислительный анализ для определения роли матричных РНК в передаче сигналов от корня к побегу. Она исследует, могут ли определенные мобильные матричные РНК быть введены в трансплантаты, где они несут генетические коды для белков, которые вызывают реакцию на стресс окружающей среды, например, вызванный изменениями климата.

Поделись