به گزارش ساوت چاینا مورنینگ پست، در این روش، با استفاده از ویرایش ژن‌ها برای ایجاد گیاهانی با ساختارهایی که دسترسی آن‌ها برای ربات‌ها آسان‌تر است، پژوهشگران توانسته‌اند نسل‌های جدید گیاهی را بسیار سریع‌تر از روش‌های دستی پرورش دهند.
این تیم با ترکیب زیست‌فناوری، هوش مصنوعی و رباتیک، یک کارخانه هوشمند اصلاح نژاد ایجاد کرده‌اند که امکان توسعه ارقام هیبریدی جدید با ویژگی‌های مطلوب – مانند طعم بهتر و مقاومت در برابر تنش و بیماری – را تنها در یک سال فراهم می‌کند؛ در حالی که پیش‌تر این فرآیند حدود پنج سال زمان می‌برد. این روش همچنین هزینه‌های سنگین نیروی کار انسانی را کاهش می‌دهد.
ادغام فناوری‌های هوش مصنوعی در حال متحول‌کردن سامانه‌های کشاورزی است و رباتیک کاربردهای گسترده‌تری در کشاورزی دقیق پیدا می‌کند.
تا پیش از این، ربات‌های مبتنی بر هوش مصنوعی بیشتر در کشت میدانی، وجین، سم‌پاشی، پایش بیماری‌ها و برداشت محصول به کار گرفته می‌شدند، اما استفاده از آن‌ها برای اصلاح نژاد گیاهان با محدودیت روبه‌رو بوده است.
بسیاری از محصولات هیبریدی گل‌هایی با کلاله‌های فرو رفته یا پوشیده دارند که نتیجه اهلی‌سازی است. در چنین شرایطی، گرده‌افشانی تنها با کمک حشرات یا کار دستی امکان‌پذیر است. علاوه بر آن، برای جلوگیری از خودگرده‌افشانی (که تنوع ژنتیکی را کاهش می‌دهد) نیاز به «عقیم کردن» دستی گل‌ها (برداشتن بخش‌های تولیدکننده گرده) وجود دارد.
تنها در چین، عقیم کردن و گرده‌افشانی دستی بیش از ۲۵ درصد هزینه تولید بذر هیبریدی را به خود اختصاص می‌دهد. برای محصولاتی مانند گوجه‌فرنگی، که بیشتر بذرهای تجاری آن هیبریدی هستند، این هزینه‌ها به‌ویژه چشمگیر است.
برای رفع این مانع، پژوهشگران آکادمی علوم چین، دانشگاه شانگهای جیاوتونگ و دانشگاه شینهوا با استفاده از ویرایش ژن، خطوط گیاهی گوجه‌فرنگی را تولید کردند که هم نابارور نر (فاقد گرده‌های زایا) بودند و هم کلاله‌های بیرون‌زده داشتند؛ یعنی ساختاری «سازگار با ربات». همین فناوری در گیاه سویا نیز به کار گرفته شد.
با ترکیب این روش با یادگیری عمیق و رباتیک هوش مصنوعی، یک ربات ویژه طراحی شد که گرده‌افشانی تلاقی را خودکار انجام می‌دهد و بدین ترتیب، گلوگاه اصلی اصلاح نژاد هیبریدی و تولید بذر برطرف شد.
طبق گزارش آکادمی علوم چین، این ربات نخستین ربات هوشمند اصلاح نژاد جهان است که توانایی گشت‌زنی خودکار و گرده‌افشانی تلاقی را دارد.
تیم تحقیقاتی برای ربات خود – موسوم بهGEAIR (ویرایش ژنومی همراه با ربات مبتنی بر هوش مصنوعی) – یک شبکه عصبی عمیق طراحی کردند تا بتواند گل‌های آماده گرده‌افشانی را شناسایی کند. با آموزش روی هزاران تصویر، مدل توانست با دقت ۸۵ درصدی گل‌های آماده را تشخیص دهد. سپس ربات مکان سه‌بعدی کلاله را تخمین زده و عمل گرده‌افشانی را انجام می‌دهد.
گرده‌افشانی یک گل توسط این ربات حدود ۱۵ ثانیه طول می‌کشد، یعنی سه برابر سریع‌تر از روش دستی. آزمایش‌های میدانی در گلخانه‌های تجاری گوجه‌فرنگی نشان داد که نرخ موفقیت گرده‌افشانی ربات حدود ۷۸ درصد است، در حالی که در عملیات دستی این رقم نزدیک به ۹۲ درصد است. با این حال، پژوهشگران تأکید کردند که توانایی ربات در انجام مداوم و خودکار عملیات، از نظر بهره‌وری و ثبات عملکرد، بر نیروی انسانی برتری دارد.
از آنجا که اصلاح نژاد تجاری می‌تواند به مرور باعث کاهش تنوع ژنتیکی شود، استفاده از گونه‌های وحشی برای بازگرداندن این تنوع یا افزودن ویژگی‌های مطلوب، به فرایندی زمان‌بر نیاز دارد. ترکیب «اهلی‌سازی نوین» (domestication de novo) با روش‌های پرورش سریع می‌تواند چندین نسل گیاهی را در یک سال ایجاد کند، هرچند اجرای آن در هیبریدها دشوار بوده است.
پژوهشگران سامانه رباتیک خود را روی گونه‌های وحشی گوجه‌فرنگی به کار گرفتند و موفق شدند در یک سال پنج نسل گیاهی تولید کنند. این کار منجر به ایجاد یک خط والدین با مقاومت به خاک‌های شور ـ قلیایی و طعم غنی‌تر شد که می‌تواند برای توسعه محصولات ارزشمند مورد استفاده قرار گیرد.
به گفته تیم تحقیقاتی، این فرآیند توانست زمان اصلاح نژاد و بهره‌گیری از گونه‌های وحشی برای تولید هیبریدهای جدید را از پنج سال به تنها یک سال کاهش دهد.
این پژوهش نشان می‌دهد که ادغام GEAIR، اهلی‌سازی نوین و پرورش سریع، پتانسیل بالایی برای شتاب‌بخشیدن به توسعه ارقام برتر با صرف منابع کمتر در فضاهای محدود دارد. این یک الگوی جدید است برای اینکه چگونه می‌توان با بهره‌گیری از زیست‌فناوری، ویژگی‌های گیاهی سازگار با هوش مصنوعی طراحی و ایجاد کرد که متناسب با نیازهای کشاورزی دقیق باشند.
منبع: scmp
