Индийские учёные с помощью машинного обучения определили, какие характеристики корневой системы позволяют чечевице выживать и давать урожай при острой нехватке фосфора в почве. Результаты исследования, опубликованные в Indian Journal of Genetics and Plant Breeding, могут ускорить селекцию новых сортов этой ключевой для многих стран бобовой культуры.
Фосфор – один из важнейших элементов для роста растений, однако его дефицит ограничивает урожайность во многих аграрных регионах мира. Группа исследователей из Индийского института сельскохозяйственных исследований в Нью-Дели изучила 123 генотипа чечевицы в двух средах: с оптимальным содержанием фосфора и в условиях его острой нехватки. Учёные измерили 19 различных параметров, связанных со строением корней и распределением биомассы.
Эксперимент показал, что при дефиците фосфора сухая масса корней и побегов растений снижалась в среднем на 27–33%. Однако одна характеристика, напротив, заметно выросла – удельная длина корня, то есть соотношение длины корня к его массе. При стрессе этот показатель увеличился почти на 30%. Растения переставали вкладывать ресурсы в толстые корни и начинали формировать более тонкие и длинные, что позволяет им эффективнее исследовать больший объём почвы в поисках питательных веществ.
Чтобы выявить наиболее важные для выживания признаки, учёные использовали алгоритмы машинного обучения. Модель с высокой точностью (около 87–89%) предсказала биомассу растений на основе характеристик их корневой системы. Анализ показал, что главным фактором, определяющим массу корней, стала именно удельная длина. В то же время масса побегов (надземной части растения) лучше всего коррелировала с концентрацией фосфора в тканях.
Эти выводы дают селекционерам чёткие ориентиры. Вместо того чтобы отбирать растения по десяткам косвенных параметров, они могут сфокусироваться на двух наиболее значимых и генетически наследуемых признаках. Такой подход способен значительно упростить и ускорить выведение сортов чечевицы, приспособленных к бедным почвам. Авторы работы отмечают, что полученные в лаборатории результаты предстоит подтвердить в ходе полевых испытаний в реальных почвенных условиях.