Искусственный интеллект ускоряет поиск маркеров устойчивости к желтой листовой болезни сахарного тростника

Желтая листовая болезнь, вызываемая вирусом, устойчивым к термической обработке, — серьезный бич сахарного тростника в Бразилии. Спасти зараженную плантацию можно только выращиванием в лаборатории растений в культуре тканей. Ученые считают, что самый эффективный способ борьбы — выведение устойчивых к вирусу сортов.

Группа ученых из Бразилии (UNICAMP, UNESP, IAC, IB) и Эквадора (ESPOL Polytechnic) использовала геномику, машинное обучение и статистику для ускорения поиска молекулярных маркеров устойчивости к болезни. Результаты опубликованы в Scientific Reports.

Исследование и методы

  • Материал: Ученые оценили 97 генотипов сахарного тростника, включая дикие виды (S. officinarum, S. spontaneum, S. robustum), традиционные сахарные и энергетические сорта, а также коммерческие сорта бразильских программ селекции.
  • Заражение: В отличие от предыдущих исследований, заражение вирусом (переносимым тлей Melanaphis sacchari) проводилось контролируемо — тлей, выращенной на инфицированных растениях, выпускали на экспериментальные участки.
  • Оценка: Вирусную нагрузку измеряли с помощью RT-qPCR, а тяжесть болезни — по интенсивности пожелтения листьев.
  • Анализ: Для установления связи между устойчивостью и генетическими признаками использовали:
    • Геномные техники.
    • Машинное обучение — для построения модели, предсказывающей устойчивость сорта на основе генетических маркеров.
    • Методы отбора признаков (feature selection) и ассоциации маркер-признак.

Ключевые результаты

  1. Устойчивые сорта: Большинство устойчивых сортов относятся к энергетическому тростнику (высокое содержание клетчатки, пригоден для производства целлюлозного этанола). Однако обнаружен и коммерческий сахарный сорт IACSP04-6007, который уже запущен IAC.
  2. Эффективность подхода: Комбинация методологий (машинное обучение + традиционная статистика) позволила эффективно отфильтровать и выбрать маркеры, наиболее потенциально влияющие на устойчивость, даже если их влияние на фенотип не самое очевидное.
  3. Гены-кандидаты: Среди генов, ассоциированных с выявленными маркерами, — ген пероксидазы (связь с устойчивостью к этой болезни известна), ген Dicer (ключевой фермент в противовирусном ответе растений) и гены, содержащие лейцин-богатые повторы (участвуют в иммунном ответе на патогены).
  4. Проблема толерантности: Многие растения не проявляют симптомов, но накапливают вирус, становясь его резервуаром. Исследование помогает отсеивать как восприимчивые, так и такие толерантные сорта.

Поддержка: Исследование поддержано FAPESP (стипендии для магистрантов, докторантов и постдоков).