Ученые из Саскачеванского университета в Канаде разработали метод, который с высокой точностью определяет зараженность семян кормовых бобов мозаичным вирусом гороха (PSbMV). Технология, основанная на гиперспектральной съемке и машинном обучении, не повреждает семена и в ходе испытаний показала точность до 98,3%. Результаты исследования опубликованы в журнале Plant Methods.
Новый подход может заменить существующие лабораторные анализы, такие как иммуноферментный анализ или ПЦР, которые медленны, дороги и разрушают исследуемые образцы. Проблема усугубляется тем, что вирус PSbMV передается через семена, часто не оставляя видимых следов. Зараженный материал попадает в посевную цепочку, становясь источником инфекции, которую затем разносят тли.
Метод канадских ученых основан на том, что вирус изменяет биохимический состав и структуру тканей семени. Эти изменения влияют на то, как семя отражает и поглощает свет в видимом и инфракрасном диапазонах. Гиперспектральная камера улавливает эти тонкие отличия, создавая уникальный «спектральный отпечаток» для каждого семени. Затем алгоритм машинного обучения анализирует эти данные и классифицирует семена на здоровые и зараженные.
Исследователи подтвердили, что модель реагирует именно на последствия вирусной инфекции. Биохимический анализ показал, что в зараженных семенах повышено содержание фенольных соединений – веществ, которые растения вырабатывают для защиты от патогенов. Именно эти соединения меняют оптические свойства семян.
Ученые также доказали, что для анализа не обязательно использовать весь спектр. Модель, обученная на данных с наиболее информативных длин волн, показала точность около 91%. Это открывает возможность для создания более простых и дешевых промышленных сканеров.
Разработка может лечь в основу систем высокоскоростной сортировки, которые позволят проверять тысячи семян в час, отбраковывая зараженные без уничтожения здорового материала. Прежде чем технология выйдет на рынок, ее предстоит испытать на разных сортах бобовых и в различных условиях, а также интегрировать в существующее оборудование и получить одобрение регуляторов.