Ученые из Китая и США разработали концепцию международной цифровой платформы для селекции кукурузы, устойчивой к засухе, жаре и другим климатическим стрессам. Проект предполагает объединение генетических ресурсов двух стран и использование моделей роста растений для прогнозирования свойств новых сортов. Необходимость в новых инструментах вызвана тем, что традиционные методы селекции, направленные на уплотненный посев и использование гибридной силы, почти исчерпали свой потенциал. При этом изменение климата все чаще угрожает стабильности урожаев, а повышенная концентрация углекислого газа в атмосфере хоть и способствует росту зерна, но снижает в нем содержание белка и микроэлементов.
Предложенная система основана на взаимодополняемости селекционных программ США и Китая, на которые приходится более половины мирового производства кукурузы. Американские селекционеры традиционно фокусировались на сортах, пригодных для очень плотного посева – с прямостоячими листьями и крепкими стеблями. Это позволяет получать высокую урожайность с гектара, но сужает генетическое разнообразие и повышает уязвимость растений к новым болезням и климатическим аномалиям. Китайский генофонд, напротив, отличается большим экологическим разнообразием, поскольку кукурузу в стране выращивают в умеренном, субтропическом и тропическом климате. Эти ресурсы могут дать гибридам нового поколения устойчивость к неблагоприятным условиям среды.
В основе платформы лежит модель, связывающая геномные данные с прогнозом роста растений (CGM-WGP). Она позволит моделировать результаты скрещивания американских и китайских линий, чтобы виртуально отбирать наиболее перспективные комбинации генов. Система будет анализировать не просто место и год испытаний, а детальный набор параметров окружающей среды: среднесуточную температуру, уровень солнечной радиации и влажность. Это позволит точнее прогнозировать, как поведет себя конкретный сорт в меняющихся климатических условиях, и ускорит выведение гибридов с нужными свойствами, такими как глубокая корневая система или оптимальное строение надземной части для фотосинтеза.
Ключевым элементом концепции является безопасный обмен данными на основе федеративного обучения. Этот подход позволит селекционным центрам в обеих странах совместно использовать общую прогнозную модель, не раскрывая свои исходные генетические данные об элитных линиях. Каждая организация будет обрабатывать информацию на собственных серверах, а в общую систему будут передаваться только зашифрованные параметры модели. Такой механизм сохраняет «цифровой суверенитет» участников, но дает им возможность работать над общей задачей.
Авторы подчеркивают, что пока это лишь теоретическая концепция, а не готовый к внедрению инструмент – полевые испытания и практические результаты еще впереди. Тем не менее они рассматривают проект как пример научной дипломатии в стратегически важной для продовольственной безопасности отрасли. По их мнению, ни одна страна не способна в одиночку решить комплексные проблемы, связанные с изменением климата и необходимостью повышать питательную ценность урожая.