MIRRORS : Исследования помогают усовершенствовать модели прогнозирования

Проект MIRRORS (Modelling Crop Responses to Repeated Stresses) изучает функционирование растений рапса и сорго, чтобы лучше прогнозировать их поведение, предвидеть влияние различных погодных ограничений, с которыми они сталкиваются, принимать решения по управлению и обладать рычагами для воздействия. Кристин Гарнье, главный научный сотрудник в сфере экофизиологии INRAE (Национального института агрономических исследований Франции), согласилась ответить на наши вопросы.

Sorghum-ID – Какие наблюдения легли в основу проекта MIRRORS ?

Кристин Гарнье – В последние годы при моделировании выращивания культур было сложно прогнозировать урожайность в случаях, когда культуры подвергались повторяющимся эпизодам стресса во время вегетативного цикла. Сегодня мы находимся в ситуации климатических изменений, которая характеризуется не только экстремальными погодным условиями, но и увеличением частоты таких проявлений. Низкие температуры в начале цикла, высокие температуры и/или засуха в конце: независимо от того, разовые они или повторяющиеся, эти события создают стресс для растений и негативно сказываются на объемах и качестве урожая. Создав 4 научно-исследовательские группы, в которые вошли учёные из INRAE, CIRAD (Центр международного сотрудничества в сфере научных исследований) и INRIA (Национальный исследовательский институт в сфере цифровых технологий и науки)^[1], проект MIRRORS начал работу над улучшением прогнозирования результатов выращивания растений при сценариях повторяющегося погодного стресса.

Sorghum-ID : Как объяснить наблюдаемое несоответствие между прогнозами урожайности и реальным урожаем при повторяющемся стрессе?

К. Г. – Рабочая гипотеза следующая: эффект последовательности стрессовых событий не равняется сумме индивидуальных эффектов каждого события по двум основным причинам.

Эти два варианта зависят от интенсивности стрессовых ситуаций, их длительности, стадии развития растения на момент наступления стрессовых условий и промежутка времени, разделяющего два стрессовых события. Кроме того, случается, что рабочая гипотеза не подтверждается: в таком случае, последовательность стрессовых событий равняется сумме индивидуальных эффектов каждого события.

Sorghum-ID – Каковы направления исследований проекта MIRRORS?

К. Г. – Мы используем два взаимодополняющих подхода: подход data-driven (исследования данных) и подход process-driven (наблюдение за процессами). Мы сосредотачиваемся на стрессе от высоких температур, которые наступают в течение репродуктивного цикла.

Первый подход состоит в том, чтобы анализировать комбинации существующих данных без априорных суждений, применяя статистические методы анализа данных. Исследователи имеют доступ к данным CTPS (Постоянного технического комитета по селекции), которые объединяют данные урожайности приблизительно пятнадцати сортов сорго, урожай которых собирался на примерно двадцати площадках во Франции в течение 20 лет. Эти данные сопоставляются с метеорологическими данными станций, расположенных в местах выращивания или поблизости. «Типичные» термические ситуации также выявляются и сопоставляются с полученными урожаями.

Второй подход состоит в проведении ряда узконаправленных экспериментов в контролируемых условиях (регулируемые теплицы и камеры), чтобы протестировать влияние на производство зерна отдельных и повторяющихся термических стрессов, происходящих на конкретных стадиях развития культуры. Таким образом, мы изучаем факторы урожайности, а также качества зерна. Мы воспроизводим сценарии отдельных или повторяющихся в течение цикла случаев термического стресса, выявленные при анализе данных.

Sorghum-ID – Какие выводы можно извлечь из проекта на этом этапе?

К. Г. – Первые эксперименты показали сильные контрасты реакций растений при отдельных и повторяющихся стрессах, в зависимости от термического сценария и в зависимости от сортов.

Со временем проект должен нам помочь лучше понимать реакцию растений на единичный и повторяющийся стресс и внедрить экофизиологические модели, позволяющие учитывать как возможность благоприятного эффекта акклиматизации вследствие первого эпизода стресса высокой температуры при реакции на повторный стресс такого же типа, так и усиление негативного эффекта, в зависимости от случая.

Эта работа стала отправной точкой для более амбициозного мультидисциплинарного проекта, финансирование которого обеспечивает ANR (Национальное агентство научных исследований) и в рамках которого специалисты по экофизиологии и моделированию объединят усилия со специалистами в сфере молекулярной биологии, биохимии и  визуализации.

Контактное лицо : christine.granier@inrae.fr

[1] Рабочие группы, сотрудничающие в проекте: Смешанная исследовательская группа EVA в г. Кан (экофизиология рапса), Смешанная исследовательская группа в Институте AGAP в Монпелье (генетика, экофизиология и моделирование сорго), Смешанная исследовательская группа ISPA в Бордо (экофизиологическое моделирование), Смешанная исследовательская группа LORIA в Нанси (статистическое моделирование, анализ данных).