Nalika Xiaoxi Meng lan Zhikai Liang pisanan ngusulake ide kasebut sawetara taun kepungkur, James Schnable ora yakin. Ngomong paling ora.
"'Sampeyan bisa nyoba, nanging ora bakal bisa digunakake," ujare profesor agronomi lan hortikultur kasebut ngelingake marang Meng lan Liang, banjur peneliti pascadoktoral ing laboratorium Schnable ing Universitas Nebraska – Lincoln.
Dheweke salah lan, yen dipikir maneh, ora bakal luwih seneng. Nanging nalika semana, Schnable duwe sebab sing cukup kanggo ngunggahake alis. Gagasane duo - yen urutan DNA kanggo panen sensitif kadhemen sing nyerah ing frost sing atos bisa mbantu prédhiksi kepiye tanduran sing luwih liar lan luwih kuwat ngejarke kahanan beku - katon gagah. Ngomong paling ora. Nanging, iki proposal sing berisiko kurang, lan menehi hadiah dhuwur. Amarga yen Meng lan Liang bisa ngupayakake, bisa uga upaya cepet kanggo ngasilake panen sing sensitif kadhemen utawa luwih kaya rekan-rekane sing adhem.
Sawetara tanduran paling penting ing donya dijinengi ing wilayah tropis - jagung ing sisih kidul Meksiko, sorghum ing Afrika wétan - sing ora menehi tekanan kanggo nggawe pertahanan pertahanan adhem utawa beku. Nalika panen kasebut ditandur kanthi iklim sing luwih abot, sensitivitas kanggo kadhemen bisa mbatesi mula bisa ditandur lan kepiye mengko panen. Musim sing tuwuh luwih cendhek padha ora duwe wektu kanggo fotosintesis, ngasilake luwih murah lan kurang panganan kanggo pedunung global sing diarepake bisa nyedhak 10 milyar wong ing taun 2050.
Iklim adhem
Spesies tetanduran sing wis tuwuh ing iklim sing adhem, nalika semana nggawe trik kanggo ngatasi kadhemen. Dheweke bisa ngatur maneh membran sel kanggo njaga likuiditas ing suhu sing luwih murah, lan supaya membran ora beku lan fraktur. Dheweke bisa nambah garis-garis gula ing cairan ing njero membran kasebut, nyuda titik beku kanthi cara sing padha kaya uyah ing trotoar. Dheweke bisa ngasilake protein sing nyebabake kristal es minuscule sadurunge kristal kasebut tuwuh dadi massa sing akeh banget.
Kabeh pertahanan kasebut asale saka level genetik, sanajan ora mung ing urutan DNA dhewe. Nalika tanduran wiwit beku, bisa nanggapi kanthi mateni gen tartamtu utawa mateni - nyegah utawa ora ngidini manual instruksi genetik ditranskrip lan dileksanakake. Ngerti gen apa tetanduran sing bisa ditoleransi adhem banjur urip nalika ngadhepi suhu sing beku, mula bisa mbantu peneliti supaya ngerti dhasaring bentuke lan pungkasane nggawe insinyur pertahanan sing padha dadi tanduran sensitif kadhemen.
Nanging Schnable uga ngerti, kaya Meng lan Liang, yen gen sing padha uga asring beda beda karo hawa anyep ing spesies tanduran, uga sing ana gandhengane. Sing artine, kanthi frustasi, ngerti manawa gen nanggapi kadhemen ing siji spesies cenderung ngandhani para ilmuwan tetanduran meh ora ana sing yakin babagan tindak tanduk gen kasebut ing liyane. Kahanan sing ora bisa diprediksi kasebut, bakal ngalangi upaya sinau aturan sing ndhikte apa sing bakal mateni utawa ngaktifake gen.
"Kita isih pancen ora ngerti yen kenapa gen dipateni," ujare Schnable.
Tanduran jagung
Amarga ora duwe buku aturan, para peneliti nyoba sinau mesin, sawijining bentuk intelijen buatan sing intine bisa nulis dhewe. Dheweke khusus nggawe model klasifikasi sing diawasi - jinis sing, nalika diwenehi gambar kanthi label cukup, kucing lan dudu kucing, pungkasane sinau mbedakake sing pertama karo sing terakhir. Tim kasebut wiwitane menehi model dhewe kanthi tumpukan gen sing diturunake saka jagung, uga level aktivitas rata-rata gen kasebut nalika tanduran ngalami suhu sing beku. Model kasebut uga diwenehi "saben fitur sing bisa dipikirake" kanggo saben gen jagung, ujare Schnable, kalebu dawa, stabilitas, lan apa bedane antarane versi liyane sing ditemokake ing tanduran jagung liyane.
Banjur, peneliti nyoba model kasebut kanthi ndhelikake mung siji informasi ing bagean saka gen kasebut: apa dheweke nanggepi kedadeyan suhu beku, utawa apa ora. Kanthi nganalisa fitur gen sing dicritakake responsif utawa ora responsif, model kasebut ngerti kombinasi fitur apa sing relevan karo masing-masing - lan banjur sukses milih mayoritas gen-kothak misteri sing isih ana ing kategori sing bener.
Iku wiwitan sing janjeni, ora diraguhi. Nanging tes nyata tetep: Apa model bisa njupuk latihan sing ditampa ing siji spesies lan ditrapake menyang liyane?
Wangsulane ya mesthi. Sawise dilatih karo data DNA saka mung siji saka enem spesies - jagung, sorghum, millet millet, millet proso, millet foxtail utawa switchgrass - model umume bisa prédhiksi gen ing lima liyane bakal nanggepi pembekuan. Kagetane Schnable, model kasebut tetep digawe sanajan wis dilatih babagan spesies sensitif kadhemen - jagung, sorghum, mutiara utawa millet proso - nanging ditugasake prédhiksi tanggapan gen ing millet foxtail sing bisa ditrima kanthi adhem.
model
"Model sing dilatih meh kabeh uga bisa ngliwati spesies kaya sejatine sampeyan duwe data ing siji spesies lan nggunakake data internal kanggo nggawe prediksi ing spesies sing padha," ujare, minangka tandha keajaiban sing ana ing swarane mengko wulan. "Aku pancen ora bakal prédhiksi iku."
"Ide manawa kita mung bisa menehi kabeh informasi kasebut menyang komputer, lan bisa ngerteni paling ora sawetara aturan kanggo ramalan sing bisa ditindakake, isih apik tenan kanggo aku."
Prediksi kasebut bisa migunani banget nalika nimbang alternatif kasebut. Kira-kira sepuluh taun kepungkur, ahli biologi tanduran bisa ngukur jumlah molekul RNA - sing tanggung jawab transkripsi lan transportasi instruksi DNA - diprodhuksi dening saben gen ing tanduran urip. Nanging mbandhingake manawa ekspresi gen kasebut nanggapi spesimen urip sing adhem, lan ing pirang-pirang spesies, minangka usaha sing angel, ujare Schnable. Utamane bener kanggo tanduran liar, sing wiji angel diduweni. Wiji kasebut ora bisa germin yen diarepake, yen bisa uga tuwuh nganti pirang-pirang taun. Sanajan padha, saben tanduran sing diasilake kudu dibudidayakake ing lingkungan sing padha lan dikontrol lan ditliti ing tahap pangembangan sing padha.
Spesies liyane
Kabeh iku menehi tantangan gedhe kanggo tuwuh spesimen liar sing cukup, saka spesies liar sing cukup, kanggo nurun lan ngevaluasi tanggapan gen marang kadhemen.
"Yen pancene pengin entuk gen sing penting - sing sejatine duwe pengaruh supaya tanduran adaptasi adhem - kita kudu luwih saka rong spesies," ujare Schnable. "Kita pengin ndeleng klompok spesies sing sabar karo klompok sing sensitif, lan ndeleng pola:" Gen sing padha iki mesthi nanggapi siji lan ora nate nanggapi liyane. "
"Iki wiwit dadi eksperimen sing gedhe banget lan larang. Bakal luwih becik yen kita bisa nggawe ramalan saka urutan DNA saka spesies kasebut, kayata, njupuk 20 spesies lan nyoba supaya kabeh padha ing tahap sing padha, nggawe kabeh liwat perawatan stres sing padha, lan ngukur jumlah RNA sing diprodhuksi kanggo saben gen ing saben spesies. ”
Untunge kanggo model kasebut, peneliti wis ngetrapake genom luwih saka 300 spesies tanduran. Upaya internasional sing terus-terusan bisa nyurung jumlah kasebut nganti 10,000 sajrone sawetara taun sabanjure.
Sanajan model kasebut wis ngluwihi kekarepan sing moderat, Schnable ujar manawa langkah sabanjure bakal kalebu "meyakinkan awake dhewe lan wong liya" yen bisa uga saiki wis bisa digunakake. Ing saben kasus tes nganti saiki, para peneliti njaluk model kasebut supaya dheweke ngandhani apa sing wis dingerteni. Tes pungkasan, jarene, bakal teka nalika manungsa lan mesin wiwit wiwitan.
"Eksperimen gedhe sabanjure sing dakkira kudu nggawe ramalan babagan spesies sing ora ana data," ujare. "Kanggo ngyakinake wong yen pancen bisa digunakake ing kasus, sanajan kita uga ora ngerti wangsulan."
Tim kasebut nglaporake temuan kasebut ing jurnal Prosiding Akademi Ilmu Nasional. Meng, Liang lan Schnable nulis panaliten kasebut karo Rebecca Roston saka Nebraska, Yang Zhang, Samira Mahboub lan mahasiswa sarjana Daniel Ngu, bebarengan karo Xiuru Dai, sawijining sarjana ngunjungi Universitas Pertanian Shandong.
Kanggo informasi luwih lengkap:
Universitas Nebraska Lincoln
www.unl.edu