MyRoot: программное обеспечение на основе машинного обучения для измерения корней
Исследователи из Центра исследований в области сельскохозяйственной геномики (CRAG) и Университета Ла Саль-Рамон Льюль в Барселоне разработали программное обеспечение MyRoot, которое использует обработку изображений и машинное обучение для полуавтоматического анализа роста корней проростков Arabidopsis thaliana в чашках Петри с агаром. ПО доступно научному сообществу бесплатно и уже позволило сэкономить значительное время и трудозатраты. Его высокая эффективность и точность продемонстрированы в статье в The Plant Journal.
Корень как ключевой элемент для сельского хозяйства
Корень — это важный орган для роста и развития растения, отвечающий за закрепление в почве и поглощение воды и питательных веществ. Изучение его характеристик важно как для фундаментальной науки, так и для оценки влияния на сельское хозяйство.
Группа под руководством Аны И. Кано-Дельгадо в CRAG изучает влияние сигналов стероидных гормонов на развитие корней у Arabidopsis thaliana. Для этого необходимо измерять длину корней у множества генетически модифицированных проростков в разных условиях. Ранее эти исследования помогли создать засухоустойчивые растения без ущерба для их роста.
Аспирантка Исабель Бетегон-Путце, проводившая много часов за ручными измерениями, столкнулась с тем, что существующее ПО было неточным и неудобным. Это привело к сотрудничеству с инженером Ксавье Севильяно из Ла Саль для создания нового инструмента.
MyRoot: искусственный интеллект для экономии времени
Вместе с инженером Алехандро Гонсалесом была разработана удобная для пользователя программа. Ключевой особенностью стало участие биологов в процессе разработки, что обеспечило учёт их потребностей.
Основной задачей было научить ПО отличать корни от стеблей у маленьких проростков, которые внешне очень похожи. Для этого использовались методы машинного обучения: алгоритм обучали на изображениях проростков разного возраста и характеристик. По словам Ксавье Севильяно, обучение на множестве различных ситуаций позволило добиться высокой точности измерений.
В статье показано, что MyRoot сокращает время, необходимое для анализа одной чашки Петри, примерно вдвое по сравнению с ручными измерениями. Программа также оказалась точнее аналогичного ПО, что делает её перспективным инструментом для высокопроизводительных экспериментов.
Будущее: инструмент на службе у сельского хозяйства
Исследователи довольны результатами и планируют развивать проект за пределы академической сферы. В планах — создание робота для полной автоматизации процесса, что ещё больше сократит вмешательство исследователя и позволит анализировать большое количество образцов.
«Следующий шаг — добавить к разработанному ПО аппаратное обеспечение», — говорит Ана И. Кано-Дельгадо. Она также отмечает, что расширение и дообучение программы для работы с корнями разных видов растений может сделать её чрезвычайно полезным инструментом в сельскохозяйственной области.