Башкирский филиал на сайт ВНИИЗЖ

Селекция – не просто наука, а важнейший фактор ускорения научно-технического прогресса в сельском хозяйстве. Внедрение в производство лучших высокоурожайных сортов имеет большое экономическое значение и является самым доступным способом увеличения и улучшения производства сельскохозяйственных культур.

Главным моментом в селекции является не просто вывод нового сорта, а его полезные свойства для человека без вреда окружающей среде, а также без ущерба для качества оценки новых форм.

Современные технологии помогают упростить процесс повышения продуктивности и качества сельскохозяйственных культур. Рассмотрим несколько процессов цифрового моделирования в селекции:

1)                        Геномное моделирование (редактирование). Благодаря цифровым технологиям на сегодняшний день возможно редактирование ДНК и точечное изменение в генах растений. Геномное редактирование заключается в следующем: специальная молекулярная система вносит точечные изменения в геном, включая удаление, добавление или изменение нуклеотидовых цепочек. На данный момент таких систем всего две: Cas9 и GBS. Cas9 — это бактериальные гены, которые применяются для изменения генома не только бактерий, но и растений.

Использование цифровых двойников в селекции сельскохозяйственных культур позволяет делать отбор растений в полном соответствии с предсказанной ценностью их генотипов без фенотипирования. Данный метод увеличивает точность отбраковки растений, существенно позволяет экономить ресурсы и ускорить процесс селекции.

2)                        Синтетическая биология. Цель данного метода заключается в том, что с помощью инженерных методов создавать новые живые системы, в том числе путем геномного редактирования или «сборки» ДНК в новую структуру [3]. Синтетическая биология играет первостепенную роль в развитии питательных свойств растений, опорой которой являются математические модели и их использование в геномно‑регуляторных системах. Одна из наиболее важных систем, созданных с помощью методов синтетической биологии — CRISPR/Cas9. Эта система позволяет вносить точечные изменения в геном растений с помощью фермента Cas9, «разрезающего» нить ДНК в «запрограммированном» месте. Синтетическая биология также используется для биохимической поддержки роста растений, сегодня она помогает вырастить культуры более высокого качества [5].

Рисунок 1 – Пример поиска необходимого гена

3)                        Искусственный интеллект (ИИ). Оснащение различных технологических решений ИИ способно повысить и предсказать урожайность, климатические изменения и их влияние на свойства с/х культур.

Основными методами селекции сельскохозяйственных культур являются отбор, гибридизация, инбридинг, полиплоидия и экспериментальный мутагенез. Каждый данный вид сопровождается огромным количеством исследований, которые способен выполнять ИИ. Благодаря современным технологиям ИИ может предсказать всхожесть, урожайность, массу 1000 зёрен, высоту растения, количество зёрен в колосе, сохранность, плодоношение, экологическая пластичность и т.д. Таким образом, цифровое моделирование в селекции способно показать какие именно виды лучше скрещивать для вывода лучшего сорта [2, 9].

Рисунок 2 – Пример скрещивания растений при помощи ИИ

На сегодняшний день в селекции существует современное компьютерной обеспечение, которое существенно упрощает задачу селекционерам и просчитывает возможные сорта. В разработке находится более ста таких программ.

На территории Российской Федерации широко используется программа «Easy Breed». В ней можно составлять автоматические схемы высева, рассчитывает различные лабораторные данные, а также интегрирует данные по урожайности с зерноуборочных комбайнов. Easy Breed – удобная система, которая структурирует данные полевых испытаний, фенотипа, маркеров и родословные, помогает планировать скрещивание, проведение различных опытов и выбирает лучшие сорта по показателям.

Основным показателем результативности является показатель экологической пластичности. Именно поэтому важно создавать сорта, сочетающие высокую урожайность с хорошей устойчивостью к различным почвенным и климатическим факторам, а также обладать благоприятной приспоспобленностью к условиям произрастания [1, 6].

Применение современного программного обеспечения значительно улучшает и ускоряет процесс селекции любых сельскохозяйственных культур. Можно создать сорт, обладающий требуемым сочетанием важных хозяйственных признаков, путём определения способностей родительских форм и классификации сортов по реакции на условия возделывания на основе экологической пластичности.