私たちは、植物を伐採するだけでなく、有毒な排出物によっても植物に害を与えています。気候変動と戦い、地球の気温を抑制するために、 気候変動に関する政府間パネル（IPCC） 炭素除去が必須であることは明らかです。これに沿って、ソーク研究所の科学者たちは、植物の根系を強化しながら、AI を使って炭素を捕捉する植物を開発しています。この最適化は、貯蔵される炭素の量を増やし、貯蔵期間を延ばすことを目的としています。
ソーク研究所のユニークな共同研究は、植物の特性を調べるためにSLEAPと呼ばれるスマートソフトウェアを使用していることです。これは、気候変動と戦う植物をより早く成長させるのに役立ちます。SLEAPは使いやすいコンピュータプログラムで、 人工知能（AI）を使用して根の成長のさまざまな特徴を監視します当初は、ソークフェローによって作成されました タルモ ペレイラ 実験室で動物がどのように動くかを追跡するために、ペレイラと植物学者の教授が協力しました。 ウルフギャングブッシュ ソーク研究所の研究者たちは、SLEAP を植物に応用する研究を行っています。
ソーク研究所の植物科学のヘス教授であるブッシュ氏は、次のように述べた。 「私たちはすでに、これまでで最も広範囲にわたる植物の根系表現型のカタログを作成できており、気候変動と闘う炭素捕捉植物を作成するための研究を本当に加速させています。SLEAP は、Talmo の専門的なソフトウェア設計のおかげで、適用と使用が非常に簡単で、今後私の研究室に欠かせないツールになるでしょう。」
SLEAP はどのように改善されるのでしょうか?
SLEAPの特徴は、革新的な使用法にあります。 コンピュータビジョン（コンピュータが画像を理解する能力）とディープラーニングの両方 (コンピューターを学習させ、人間の脳のように機能させる AI アプローチの一種)。この組み合わせにより、研究者は各ピクセルを手動で調べることなく画像を分析できます。代わりに、時間のかかるこの手順を省略し、画像から直接特定の植物の特徴を特定できます。
エリザベス・ベリガンブッシュ研究室のバイオインフォマティクスアナリストであり、この研究の第一著者である、は次のように述べた。 「私たちは、アクセス性と使いやすさを重視しながら、分析時間と人的エラーを削減する、複数のプラントタイプで検証された堅牢なプロトコルを作成しました。実際の SLEAP ソフトウェアに変更を加える必要はありませんでした。」
研究者 SLEAPのコア技術は変更されていない彼らが行ったのは、sleap-roots というダウンロード可能なツールキットを開発することでした (ここからオープンソース ソフトウェアとしてアクセス可能)。sleap-roots を使用すると、SLEAP を使用して、深さ、質量、成長角度などの根系の生物学的特性を研究できます。
これと、広範囲にわたるゲノム配列解析の取り組み 多くの作物品種の遺伝子型データを理解することで、科学者は 表現型データ（植物の深い根系など）を使用する そのような特性を生み出す遺伝子を明らかにするためです。
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ハイライト
- SLEAP を使用するこの新しい方法により、植物がどれだけ深く広く成長するか、根系がどれだけ大きくなるか、その他の物理的特性を研究することが可能になります。
- 植物へのこの技術の使用により、研究者はこれまでで最大の植物根系表現型のコレクションを作成することができました。
- さらに、これらの物理的な根の特性に注目することは、科学者がこれらの特性に関連する遺伝子を特定するのに役立ちます。
- 複数の形質が同じ遺伝子によって制御されているのか、それとも独立しているのかを分析できます。
- これにより、ソークチームはどの遺伝子が植物の設計に最も役立つかを把握できるようになります。
研究者たちは、植物の世話の新しい革新的な方法を発見しました ePlant ツリータグ。
SLEAPの植物育種への影響
ソーク研究チームは、さまざまな植物でスリープルーツパッケージをテストしました。これには、大豆、米、キャノーラなどの重要な作物や、モデル植物であるシロイヌナズナ（アブラナ科の花を咲かせる雑草）が含まれていました。
- これらの植物すべてにおいて、 新しい SLEAP ベースの方法は、既存の方法と比較して優れたパフォーマンスを発揮しました。
- データの分類速度は 1.5 倍、AI モデルのトレーニング速度は 10 倍、さらに新しいデータに基づく植物構造の予測速度も 10 倍になりました。
- 精度を維持し、さらには向上させながら、すべての機能を実行しました。
物理的特性（表現型）と遺伝子構成（遺伝子型）を結び付けるこのステップは、より多くの炭素をより長期間貯蔵できる植物を開発するというソークの目標にとって非常に必要である。これらの植物には、より強く深い根系が必要である。この効率的で正確なソフトウェアを使用することで、 植物のイニシアチブを活用する 革命的な容易さとスピードで、望ましい表現型を特定の遺伝子に結び付けることができるようになります。
ソーク研究所の科学者がAIで炭素回収プラントを開発中：次のステップ
SLEAPとsleap-rootsの両方を開発するにあたり、ペレイラはアクセシビリティと再現性を優先しました。ソフトウェアとsleap-rootsツールキットは無料で利用できるため、研究者はsleap-rootsが世界中でどのように利用されるかを楽しみにしています。彼らはすでに NASAの科学者らとこのツールの使用について協議を開始した 地球上の炭素隔離植物を誘導するだけでなく、宇宙の植物を分析するためにも役立ちます。
ソーク研究所の共同チームもすぐに解散するわけではありません。SLEAP を使用して 3D データを分析するという、新しい革新的なタスクに取り組む準備ができています。今後何年にもわたって、SLEAP と sleap-roots の改善、拡張、共有を継続する予定です。しかし、現在でも、ソーク研究所の Harnessing Plants Initiative への応用により、植物の設計がすでに加速しています。これは、研究所の気候変動対策に貢献しています。
