MIRRORS : Дослідження допомагають вдосконалити моделі прогнозування

Проект MIRRORS (Modelling Crop Responses to Repeated Stresses) вивчає функціонування рослин ріпаку та сорго, щоб краще прогнозувати їхню поведінку, передбачати вплив різних погодних обмежень, з якими вони стикаються, приймати рішення щодо управління і мати важелі для впливу. Крістін Ґарньє, головна наукова співробітниця у сфері екофізіології INRAE (Національного інституту агрономічних досліджень Франції), погодилася відповісти на наші питання.

Sorghum-id – Які спостереження лягли в основу проекту MIRRORS ?

Крістін Ґарньє – В останні роки при моделюванні вирощування культур було складно прогнозувати врожайність у випадках, коли культури зазнавали повторюваних епізодів стресу під час вегетативного циклу. Сьогодні ми перебуваємо в ситуації кліматичних змін, яка характеризується не тільки екстремальними погодним умовами, але й збільшенням частоти таких проявів. Низькі температури на початку циклу, високі температури та/або посуха наприкінці: незалежно від того, разові вони або повторювані, ці події створюють стрес для рослин і негативно позначаються на обсягах і якості врожаю. Створивши 4 науково-дослідні групи, у які ввійшли вчені з INRAE, CIRAD (Центр міжнародного співробітництва в сфері наукових досліджень) і INRIA (Національний дослідницький інститут у сфері цифрових технологій і науки)[1], проект MIRRORS почав роботу над поліпшенням прогнозування результатів вирощування рослин при сценаріях повторюваного погодного стресу.

Sorghum-id : Як пояснити невідповідність між прогнозами врожайності й реальним урожаєм при повторюваному стресі, яку ми спостерігаємо?

К. Ґ. – Робоча гіпотеза така: ефект послідовності стресових подій не дорівнює сумі індивідуальних ефектів кожної події з двох основних причин.

Ці два варіанти залежать від інтенсивності стресових ситуацій, їхньої тривалості, стадії розвитку рослини на момент настання стресових умов і проміжку часу між двома стресовими подіями. Крім того, трапляється, що робоча гіпотеза не підтверджується: в такому випадку, послідовність стресових подій дорівнює сумі індивідуальних ефектів кожної події.

Sorghum-id – Які напрямки досліджень проекту MIRRORS ?

К. Ґ. – Ми використовуємо два взаємодоповнювальні підходи: підхід data-driven (дослідження даних) і підхід process-driven (спостереження за процесами). Ми зосереджуємося на стресі від високих температур, які наступають протягом репродуктивного циклу.

Перший підхід полягає в тому, щоб аналізувати без апріорних суджень комбінації даних, що існують, застосовуючи статистичні методи аналізу даних. Дослідники мають доступ до даних CTPS (Постійного технічного комітету з селекції), які об’єднують дані врожайності приблизно п’ятнадцяти сортів сорго, врожай яких збирався на близько двадцяти майданчиках у Франції протягом 20 років. Ці дані співставляються з метеорологічними даними станцій, розташованих у місцях вирощування або поблизу. «Типові» термічні ситуації також виявляються і співставляються з отриманими врожаями.

Другий підхід полягає в проведенні ряду вузькоспрямованих експериментів у контрольованих умовах (регульовані теплиці й камери), щоб протестувати вплив на виробництво зерна окремих і повторюваних термічних стресів, що відбуваються на конкретних стадіях розвитку культури. Таким чином, ми вивчаємо фактори врожайності, а також якості зерна. Ми відтворюємо сценарії окремих або повторюваних протягом циклу випадків термічного стресу, виявлені при аналізі даних.

Sorghum-id – Які висновки можна зробити з проекту на цьому етапі?

К. Ґ. – Перші експерименти показали сильні контрасти реакцій рослин при окремих і повторюваних стресах, залежно від термічного сценарію й залежно від сортів.

Згодом проект має нам допомогти краще розуміти реакцію рослин на одиничний і повторюваний стрес і впровадити екофізіологічні моделі, що дозволяють враховувати як можливість сприятливого ефекту акліматизації внаслідок першого епізоду стресу від високої температури при реакції на повторний стрес такого ж типу, так і посилення негативного ефекту, залежно від випадку.

Ця робота стала відправною точкою для більш амбітного мультидисциплінарного проекту, фінансування якого забезпечує ANR (Національне агентство наукових досліджень) і в рамках якого фахівці з екофізіології та моделювання об’єднають зусилля з фахівцями в сфері молекулярної біології, біохімії й  візуалізації.

Контактна особа: christine.granier@inrae.fr

[1] Робочі групи, що співпрацюють в проекті: Змішана дослідницька група EVA в м. Кан (екофізіологія ріпаку), Змішана дослідницька група в Інституті AGAP в Монпельє (генетика, екофізіологія та моделювання сорго), Змішана дослідницька група ISPA в Бордо (экофізіологічне моделювання), Змішана дослідницька група LORIA в Нансі (статистичне моделювання, аналіз даних).