Une démonstration de la façon dont les nouvelles technologies peuvent être utilisées dans la sélection végétale du 21e siècle provient d’une recherche récemment publiée qui combine le balayage laser et l’impression 3D pour créer un modèle 3D détaillé d’une plante de betterave sucrière.
Au-delà de l’information génétique pour guider la sélection intelligente, les modèles de plantes 3D capturent ici les caractéristiques essentielles des parties aériennes de la betterave sucrière et peuvent être utilisés pour les pipelines d’amélioration des cultures assistées par l’IA. Les modèles de plants de betterave sucrière sont reproductibles et adaptés à une utilisation sur le terrain.
Toutes les informations de recherche, les données, la méthodologie, ainsi que les fichiers d’impression 3D sont disponibles gratuitement. La gestion des cultures gagne des outils indispensables et, bien sûr, chacun peut désormais imprimer son propre plant de betterave sucrière en 3D (entretien minimum requis.) Le modèle 3D de la plante de betterave sucrière et sa validation sont présentés dans un nouvelle parution dans la revue GigaScience.
La sélection végétale moderne est une entreprise centrée sur les données, impliquant des algorithmes d’apprentissage automatique et une technologie d’imagerie sophistiquée pour sélectionner les caractères souhaitables. Le « phénotypage végétal » – la science consistant à recueillir des informations et des mesures précises sur les plantes – a connu des améliorations considérables au cours des deux dernières années.
Dans le passé, le phénotypage reposait sur des mesures fastidieuses prises par l’homme. Aujourd’hui, les pipelines de phénotypage sont de plus en plus automatisés, grâce à une technologie de capteurs de pointe, souvent assistée par l’intelligence artificielle. Les mesures prises peuvent inclure la taille, la qualité des fruits, la forme et la taille des feuilles, ainsi que d’autres paramètres de croissance.
Outre les gains d’efficacité liés au transfert du travail de mesure vers des pipelines automatisés, les capteurs assistés par ordinateur peuvent souvent capturer des informations complexes sur une plante qu’il serait très difficile pour les humains de recueillir à grande échelle.
Un aspect crucial dans ce nouveau monde de la sélection végétale, piloté par des capteurs, est la disponibilité d’un matériel de référence précis.
Les capteurs doivent recevoir des données sur une « plante standard » qui englobent toutes les caractéristiques pertinentes, y compris également des caractéristiques tridimensionnelles plus complexes telles que l’angle selon lequel les feuilles sont orientées. Avoir une véritable « plante artificielle » comme référence en taille réelle est donc préférable à de simples données informatiques ou à une représentation plate en 2D. Un modèle réel peut, par exemple, également être inclus comme référence et contrôle interne dans une serre ou un champ d’essai parmi les plantes réelles.
Le nouveau modèle imprimé en 3D d’une usine de betterave sucrière a été généré en pensant à ces applications et présente l’avantage supplémentaire que les fichiers d’impression peuvent être téléchargés et réutilisés gratuitement. Cela permet à d’autres scientifiques (et à tout passionné de betterave sucrière, en fait) de recréer une copie exacte de la betterave sucrière de référence, rendant ainsi plus comparables les recherches effectuées par différents laboratoires dans différentes parties du monde. Le caractère abordable de l’impression 3D signifie également que l’approche peut être adaptée dans des contextes pauvres en ressources, par exemple dans les pays en développement.
Pour recueillir des données précises pour leur modèle réaliste, les auteurs, Jonas Bömer et ses collègues de l’Institut de recherche sur la betterave sucrière (Göttingen) et de l’Université de Bonn, ont utilisé la technologie LIDAR (Light Detection and Ranging). En bref, une véritable plante de betterave sucrière a été scannée par un laser pour créer des données 3D sous 12 angles de vue différents.
Après les étapes de traitement, ces données ont ensuite été introduites dans une imprimante 3D de qualité commerciale pour créer le modèle grandeur nature de la betterave sucrière. Les auteurs ont ensuite testé le modèle pour son utilisation prévue comme point de référence, en laboratoire et sur le terrain.
Jonas Bömer explique : « Dans le domaine du phénotypage tridimensionnel des plantes, le référencement des systèmes de capteurs utilisés, des algorithmes informatiques et des paramètres morphologiques capturés représente une tâche difficile mais fondamentalement importante.
« L’application des technologies de fabrication additive pour la génération de modèles de référence reproductibles présente une nouvelle opportunité de développer des méthodologies standardisées pour un référencement objectif et précis, bénéficiant ainsi à la fois à la recherche scientifique et à la sélection végétale pratique. »
L’approche ne se limite bien sûr pas à la betterave sucrière, et la nouvelle étude démontre comment la combinaison de l’intelligence artificielle, de l’impression 3D et de la technologie des capteurs peut contribuer à la sélection végétale du futur, contribuant ainsi à nourrir la population mondiale avec des aliments sains et délicieux. cultures.
Le scientifique des données Chris Armit ajoute : « L’avantage d’un modèle 3D imprimable est que vous pouvez imprimer plusieurs copies, une par champ de culture. En tant que stratégie de phénotypage à faible coût, où le coût principal est le scanner LIDAR, ce serait fantastique de voyez cette approche testée sur d’autres cultures telles que le riz ou les cultures orphelines africaines, où il existe un besoin de solutions de phénotypage à faible coût.
Plus d’information:
Jonas Bömer et al, Un modèle de plante imprimé en 3D pour un phénotypage végétal 3D précis et fiable, GigaScience (2024). DOI : 10.1093/gigascience/giae035