Ускоренная селекция: успехи России и достижения Запада

28.02.2024
Cемена
348
© Артем Борисов / Glavagronom.ru
Семена гибридов кукурузы

Если вести речь об обеспеченности семенами наших хозяйств, то в идеале хотелось бы, чтобы семена отечественной селекции не уступали зарубежным, а это зависит от эффективности работы наших ведущих научных селекционных центров. Всех, согласитесь, волнуют вопросы:

  • Каковы успехи отечественных селекционеров?

  • Где место в мире отечественной селекции?

  • Насколько наши ученые владеют современными методиками в области ускоренной селекции?

Наиболее наукоемкая, оперативная и достоверная информация по этой теме прозвучала в ходе научного форума «Отечественная селекция на стыке времен: классические подходы и новейшие тренды». Напомним, что мероприятие прошло в Москве в рамках выставки «Россия» и стало одним из самых обсуждаемых в научном сообществе.

Одна из актуальных прозвучавших тем – возможности для ускоренной селекции. Ученые откровенно ответили на вопрос о том, каким инструментарием владеют сейчас отечественные ученые и как они планируют форсировать селекционные наработки.

Элементы ускоренной селекции в России применяются давно

Многие ученые в своих выступлениях коснулись вопроса ускорения селекционного процесса. С отдельным докладом на эту тему выступила представитель ООО «КлимБиоТех» Дарья Фрейманс. Компания специализируется на создании автоматизированных лабораторно-климатических комплексов, позволяющих значительно ускорить темпы получения и обработки результатов научно-исследовательской деятельности в области генетики, биотехнологии и селекции ценных сельскохозяйственных культур.

Выступающая рассказала о практических подходах, связанных с ускорением селекционного процесса. Поделитесь, какие видит пути для объединения усилий и ресурсов в достижения максимальных результатов.

Она отметила, что ускоренная селекция в России существует довольно давно. И отдельные её элементы успешно применяются в ФБГНУ «Национальном центре зерна имени П.П. Лукьяненко» уже более 20 лет. Не дожидаясь заморозков, ученые проводят промораживание узлов кущения с помощью испытательных камер.

© Владимир Исаенко / Glavagronom.ru
Элементы ускоренной селекции успешно применяются в Национальном центре зерна имени П.П. Лукьяненко уже более 20 лет

Спидбридинг значительно сокращает время выращивания в селекции растений

Сейчас набирает популярность в селекции спидбридинг. Это революционная технология селекции растений, которая значительно сокращает время выращивания культур. Она позволяет получать значительно большее количество поколений растений по сравнению с традиционными методами.

Так, на пшенице можно получить до 6-7 поколений в год вместо двух и значительно сократить время создания генотипов с заданными свойствами.

Скриншот прямой трансляции Минсельхоза
Фото:Скриншот прямой трансляции Минсельхоза
В селекции пшеницы технология спидбридинг позволяет получить до 6 поколений в год

Технология спидбридинг в практике Запада

Спикер также отметила наличие проблем в РФ для реализации этой технологии. Необходим специальный комплекс дорогостоящего оборудования. И трансконтинентальны компании, конечно же, не делятся с нашими учеными своими наработками, хотя масштабно применяют спидбридинг уже более 20 лет.

Они используют мощное фенотипирующее оборудование, создают конвейерные ленты для подробного фенотипирования и оцифровки десятков тысяч растений в день.

Зарубежные селекционные компании используют мощное фенотипирующее оборудование в селекции растений (источник: скриншот прямой трансляции Минсельхоза)

Российские лабораторные комплексы для спидбридинга

Но у отечественных разработчиков есть ответ на зарубежные технологии. Российские лабораторные комплексы для сидбридинга позволяют создавать сорта, которые будут адаптированы к изменению климатических условий, например, к засухе или заморозкам. При этом десятки различных показателей управляются с любого устройства, будь то планшет, ноутбук или телефон.

Первые результаты технологии спидбридинга, реализованные в российском фитотроне учеными из Всероссийского НИИ сельскохозяйственной биотехнологии, оказались успешными. Ученые экспериментально подтвердили получение до 7 семенных поколений пшеницы в год. Подсолнечник показал рекордный результат цветения на 39 день после посева.

Скриншот прямой трансляции Минсельхоза
Фото:Скриншот прямой трансляции Минсельхоза
Подсолнечник зацвел на 39-ый день, успешные результаты спидбридинга ученых ВНИИСБ

Точный контроль климата для селекции растений

В отечественных лабораторных комплексах реализован точный климат для выращивания растений. Обеспечена регуляция целого ряда параметров, в том числе:

  • температура от минус 22 градусов до плюс 40 градусов с шагом в диапазоне 0,1 С0;
  • влажность от 30% до 95% с шагом 0,5%;
  • температурный градиент – менее 1 градуса от сосуда до верха растения.

Установлены светильники, которые специально созданы отечественным производителем в целях спидбридинга. Они состоят из большого количества модулей, имеют повышенную плотность фотосинтетически активной радиации до 1600 umol/s/m2 на расстоянии 1,5 м от лампы до растения (100 000 люкс) и обеспечивают уменьшение краевого эффекта в 2 раза до 25% от площади.

Возможности отечественной системы жизнеобеспечения растений:

  • точный полив множества растений в малом объеме,
  • одновременны полив тысяч растений до 5 мл на одну точку,
  • поддержание баланса Ph,
  • поддержка электропроводимости (ES/TDS),
  • смешивание и подача раствора в любых пропорциях, до пяти компонентов,
  • температура раствора,
  • уровень раствора.
© Владимир Исаенко / Glavagronom.ru
Тепличный комплекс НЦЗ имени П.П. Лукьяненко
«В нашем комплексе реализованы системы жизнеобеспечения растений, в том числе многокомпонентный индивидуальный полив, который помогает сэкономить время, проводить эксперименты с растворами и избегать влияния на результаты исследований человеческого фактора», – сказала Дарья Фрейманс.

Цифровое фенотипирование растений в России

Отечественные ученые активно ведут разработку систем для автоматизации рутинных процессов  цифрового фенотипирования растений посредством анализа изображений нейронными сетями. Особенность наших решений в сфере цифрового фенотипирования состоит в автоматизации процессов не в рамках одного растения, как это делалось ранее, а нескольких тысяч растений одновременно.

Перспективные функции для развития цифрового фенотипирования:

  • количество колосьев,
  • высота растений,
  • длина колосьев,
  • количество и масса зерна,
  • время от посева до колошения/цветения,
  • процент всхожести семян,
  • поиск болезней у растений, своевременное уведомление о них,
  • динамика развития растений.
«Важно отметить, что стоимость оборудования канадского производства с похожим функционалом до 15 раз выше, чем цена отечественного решения. При этом наши комплексы не уступают, а во многом и превосходят западные технологии. Отечественные камеры позволяют проводить вегетацию, яровизацию и промораживание узлов кущения без перемещения образцов», – подчеркнула выступающая.
© Владимир Исаенко / Glavagronom.ru
Подсолнечник на гидропонной системе, ВНИИМК

Инструменты для получения данных Big Data в селекции

Отечественные комплексы не только адаптированы под технологию спидбридинг, но и являются инструментом для получения данных Big Data: генотип – фенотип – среда. Множество спидбридинговых комплексов в едином поле собирают единый Data Set. Оцифрованные эксперименты собраны в оцифрованную информацию, доступную для изучения и учеными, и искусственным интеллектом.

Для этих целей сейчас разрабатывается приложение для оцифровки данных по промораживанию узлов кущения. Оно будет запущено в эксплуатацию в Национальном центре зерна имени П.П. Лукьяненко.

Оцифровка журнализации даст возможность:

  • анализа графиков,
  • быстрого подсчета коэффициентов,
  • рассмотрения данных в массиве,
  • поиска и обозначения скрытых закономерностей,
  • обучения нейросетей на основе полученных данных.

Создание полной цифровой копии растений в России

«Таким образом, имея данные о среде в климатическом комплексе, данные о генотипе от ученых-технологов и о фенотипе с фенотипирующего оборудования, можно приблизится к созданию полной цифровой копии растений, то есть, к цифровому двойнику».

Процесс по сбору данных для цифровых двойников растений уже запущен на базе ФГБНУ НЦЗ имени П.П. Лукьяненко и ВНИИСБ. Совместно с учеными специалисты «КлимБиоТех» разрабатывают унифицированный государственный стандарт хранения и обработки этих данных.

Скриншот прямой трансляции Минсельхоза
Фото:Скриншот прямой трансляции Минсельхоза
Процесс сбора данных для цифровых двойников растений уже запущен на базе ФГБНУ НЦЗ имени П.П. Лукьяненко и ВНИИСБ

В обозримом будущем достаточное количество цифровых двойников позволит моделировать тысячи поколений растений в секунду с помощью искусственного интеллекта и производить отбор лучших комбинаций.

  • ИИ может быстро анализировать большие объемы генетической информации, выявляя связи между определенными генами и желаемыми признаками растений.

  • Искусственный интеллект способен моделировать и прогнозировать влияние различных факторов окружающей среды на рост и развитие растений, в том числе климатических условий, воздействие вредителей и болезней.

  • ИИ может помочь в оптимизации процессов селекции растений за счет автоматизации рутинных процессов. Это позволит селекционерам сосредоточить свои усилия на стратегических задачах и ускорить процесс выведения новых сортов.

Для цифровизации селекции необходим масштаб

Эксперты «КлимБиоТех» уверены, что для цифровизации селекции необходимо масштабировать процесс. В частности, предлагается создание единого селекционного кластера, главная цель которого – объединить научную среду на высокотехнологичной платформе.

Единая платформа селекционных достижений может включать:

  • единый госстандарт ускоренной селекции,

  • центр экспертизы, способствующий локализации производства семян на территории РФ,

  • создание единого информационного поля,

создание базы данных оцифрованных экспериментов для обеспечения продовольственной безопасности страны посредством сокращения времени разработки сортов и гибридов сельхоз культур.

© Владимир Исаенко / Glavagronom.ru
Лучшие сорта зерновых колосовых селекции НЦЗ имени П.П. Лукьяненко

Проблема кадрового голода в селекции

По мнению команды «КлимБиоТех», решить проблему кадрового голода для задач в сфере оцифровки и автоматизации процессов селекции можно при помощи организации хакатонов и акселерационных программ. Ряд подобных мероприятий запланирован в ближайшее время на базе Московского инновационного кластера совместно с Агентством инноваций.

Опыт компании в этом направлении, который включает победу во всемирном конкурсе молодых предпринимателей GSEA и «Агротехстартап года», – сильный инструмент для привлечения молодых инноваторов в эту среду.

Технологии Запада в селекции: опять догоняем?

Резюмируя все вышесказанное, Дарья Фрейманс подчеркнула, что за последние два года российским ученым удалось сильно приблизится к технологиям Запада, которые развиваются уже более 20 лет. Все больше отечественных селекционных компаний и научно-исследовательских институтов используют технологию спидбридинга для сокращения селекционного процесса.

«Чтобы совершить скачек в области ускоренной селекции, нам необходимо приложить все силы к цифровизации всех процессов селекции, сбору достоверного dataset и созданию базы данных генотип – фенотип – среда», – сказала она и призвала всех к сотрудничеству для достижения общих целей.
© Артем Борисов / Glavagronom.ru
Семена подсолнечника отечественной селекции

В этой связи вспомнился популярный советских лозунг насчет догнать и перегнать. И вытекающий из него вопрос. Почему мы опять догоняем? В стране есть ресурсы, не только финансовые, но и интеллектуальные, чтобы лидировать в области селекции и семеноводства, получая на полях страны достаточное количество высококачественных отечественных семян прогрессивных сортов и гибридов сельскохозяйственных культур.

Для этого нужно делать верные шаги в плане технического и цифрового перевооружения, которые, не исключая глобальную конкуренцию, ставят в приоритет условия работы отечественных селекционных и семеноводческих компаний, создавая все условия для их роста и развития.

Квотирование семян: как это отразится на работе аграриев?

Почему выгодно вкладываться в создание собственных семенных линий по подготовке семян сельхозкультур?

Узнавайте первыми актуальные агрономические новости России и мира на наших страницах

Больше

Всё
VK_DMCA