Robots y drones ayudan a los investigadores
El uso de drones y robots va en aumento a medida que los investigadores buscan la “planta cuantificada”, en la que cada rasgo ha sido cuidadosamente y precisamente medido desde casi todos los ángulos, desde la longitud de sus raíces hasta los productos químicos volátiles que emite bajo coacción . Tales rasgos se conocen como el fenotipo de un organismo, y los investigadores están buscando maneras más rápidas y más completas de caracterizarla.
Del 10 al 14 de febrero, los científicos se reunirán en Tucson, Arizona, para comparar sus métodos. Algunos describen a los zánganos que zumban en las parcelas de investigación armadas con cámaras de alta tecnología; Otros hablarán de robots que trabajan en troncos con equipo para registrar el crecimiento de cada planta.
La esperanza es que tales esfuerzos acelerarán el fitomejoramiento y la investigación básica, descubriendo nuevos aspectos de la fisiología vegetal que pueden determinar si una planta prosperará en el campo. “El fenotipo es infinito”, dice Topp, quien ahora trabaja en el Centro de Ciencia de Plantas Donald Danforth en St Louis, Missouri. “Lo mejor que podemos hacer es capturar un aspecto de ello – y queremos capturar el aspecto más completo que podemos”.
El costo de la secuenciación del ADN ha hecho que sea mucho más fácil encontrar genes, pero la elaboración de lo que hacen sigue siendo un desafío, dice Ulrich Schurr, biólogo de plantas del Centro de Investigación Jülich en Alemania. “Es muy fácil ahora secuenciar un montón de cosas”, dice. “Pero lo que no se desarrolló con el mismo tipo de velocidad fue el análisis de la estructura y función de las plantas.”
Los fitomejoradores también están buscando más allá de los rasgos que solían enfocarse -como el rendimiento y la altura de la planta- para obtener maneras más rápidas de mejorar los cultivos. “Esos rasgos son útiles, pero no suficientes”, dice Gustavo Lobos, ecophysiologist en la universidad de Talca en Chile. “Para hacer frente a lo que está ocurriendo con el cambio climático y la seguridad alimentaria, algunos ganaderos quieren ser más eficientes.” Los investigadores que buscan aumentar la tolerancia a la sequía, por ejemplo, podrían ver las características detalladas del sistema radicular de una planta, hojas.
Las necesidades de estos investigadores han criado un cultivo en expansión de instalaciones y proyectos de fenotipificación. En 2015, el Departamento de Energía de Estados Unidos anunció un proyecto de US $ 34 millones para generar la robótica, los sensores y los métodos necesarios para caracterizar el sorgo, una cosecha de biocombustibles. El año pasado, la Unión Europea lanzó un proyecto para crear una red paneuropea de instalaciones de fenotipificación. Y las redes académicas han surgido alrededor del mundo como los investigadores de la planta tratan de estandarizar enfoques y análisis de datos.
El fenotipado a gran escala se ha utilizado durante mucho tiempo en la industria, pero era demasiado caro para los investigadores académicos, dice Fiona Goggin, que estudia interacciones planta-insecto en la Universidad de Arkansas en Fayetteville. Ahora, la caída de los precios de las cámaras y los drones, así como el ascenso del movimiento “fabricante” que se centra en el aparato casero, están atrayendo a más académicos para entrar en el campo, dice ella.
En la Universidad Estatal de Washington en Pullman, el laboratorio del ingeniero biológico Sindhuja Sankaran se está preparando para desplegar aviones teledirigidos con lidar, el equivalente láser del radar. El sistema explorará los campos agrícolas para recolectar datos sobre la altura de las plantas y la densidad de hojas y ramas. Sankaran también utiliza sensores para medir los productos químicos volátiles que las plantas emiten, sobre todo cuando están bajo ataque de insectos o enfermedades. Ella espera finalmente montar los sensores en los robots.
Los asistentes mecánicos de Sankaran vuelven de su temporada de campo con cientos de gigabytes de datos sin procesar, y el análisis de los resultados mantiene a su equipo pegado a las computadoras durante la mayor parte del año, dice. Muchos investigadores no se dan cuenta del esfuerzo y la inteligencia informática que se necesita para escoger a través de las pilas de estos datos, dice Edgar Spalding, un biólogo de plantas en la Universidad de Wisconsin-Madison. “La comunidad de fenotipificación se ha apresurado a recolectar datos y la computación es una reflexión tardía”.
Estandarizar la tecnología es otra barrera, dice Nathan Springer, un genetista de la Universidad de Minnesota en San Pablo. La falta de equipo que todos pueden utilizar significa que algunos investigadores tienen que depender de métodos más lentos de recopilación de datos. Springer ha estado trabajando con 45 grupos de investigación para caracterizar 1.000 variedades de maíz (maíz) cultivadas en 20 entornos diferentes en los Estados Unidos y Canadá. El proyecto se ha basado en gran medida en mediciones de mano en lugar de en aviones no tripulados y robots, dice.
Topp ahora tiene su propia máquina para recoger imágenes de tomografía computarizada (CT), pero el procesamiento de muestras es todavía un poco lento para su gusto. Habla con reverencia de una instalación en la Universidad de Nottingham, Reino Unido, que acelera sus exploraciones mediante el uso de robots para alimentar las plantas a través de la máquina CT. Pero está complacido de que ya no tenga que transportar su carga empapada a través de tres estados para tomar medidas. “Es simplemente interminable, el número de posibilidades.”
