Naukowcy z Uniwersytetu w Nottingham w Zjednoczonym Królestwie stworzyli innowacyjną technikę badania podziemnego świata roślin. Przedstawione w czasopiśmie Plant Physiology wyniki badania pozwolą ulepszyć techniki uprawy różnych odmian roślin, a także zwiększyć wydajność plonów.

Nowa metoda oparta jest na takiej samej technologii rentgenowskiej, jaką stosuje się w tomografii komputerowej w szpitalach. Wykorzystuje ona ponadto oprogramowanie do analizy obrazu, które pozwala automatycznie odróżniać korzenie roślin od innych substancji obecnych w glebie.

Naukowcy pracujący w Centre for Plant Integrative Biology (CPIB) przetestowali tę technikę na korzeniach kukurydzy, pszenicy i pomidora. Badali architekturę, czyli kształt i układ rozgałęzień korzeni w glebie przy pomocy rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej. Zgromadzone dane wprowadzono do nowego oprogramowania RooTrak, które umożliwiło odróżnienie korzeni roślin od pozostałych elementów gleby.

"Technika ta jest bardzo ważnym osiągnięciem", mówi dr Sacha Mooney, specjalista fizyki gleby w Szkole Nauk Biologicznych. "Możliwość stosowania rentgenowskiej tomografii do obrazowania korzeni była dawniej ograniczona, gdyż po prostu nie było widać dużej części struktury korzenia. RooTrak pozwolił nam uporać się z tą trudnością i umożliwił wykorzystanie tomografii do badania kluczowych zagadnień dotyczących tego, jak można manipulować roślinami i glebą w celu poprawy bezpieczeństwa żywnościowego".

Innowacyjne oprogramowanie działa w oparciu o szereg wirtualnych wycinków zawierającej korzenie gleby. Jak tłumaczą naukowcy, RooTrak traktuje każdy z wycinków jak klatkę filmową. Statyczne korzenie są traktowane jak ruchome obiekty, których położenie można śledzić. W ten sposób oprogramowanie potrafi odróżniać korzenie od wody i innych elementów organicznych znajdujących się w glebie, bez zakłóceń obrazu charakterystycznych dla innych technik. Metoda pozwala uzyskać trójwymiarowy, szczegółowy i precyzyjny obraz architektury korzeni.

"Dzięki potraktowaniu danych z mikrotomografii jako sekwencji obrazów możemy pokonać problemy wynikające z różnic w wyglądzie korzeni roślin, jak i z podobieństwa niektórych korzeni do otaczającej je gleby", tłumaczy Tony Pridmore, szef komórki ds. danych na CPIB i specjalista w dziedzinie oprogramowania do śledzenia i analizy. "Dzięki temu możemy teraz szybko uzyskać obiektywny obraz architektury korzeni".

Prof. Malcolm Bennet z CPIB, specjalista biologii korzeni, dodaje: "Architektura korzeni ma podstawowe znaczenie dla przyswajania składników odżywczych i wody. Jedną z głównych przeszkód w genetycznej analizie architektury korzeni w roślinach uprawianych w glebie był jak dotąd brak możliwości obrazowania żywych korzeni. Najnowsze stworzone w Nottingham techniki mikrotomografii i oprogramowanie RooTrak pozwalają pokonać te trudności".

Zespół z Nottingham otrzymał grant dla badaczy zaawansowanych Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) w wysokości 3,5 mln euro ze środków siódmego programu ramowego (7PR). Naukowcy wykorzystają stworzone oprogramowanie i innowacyjną metodę mikrotomografii do przeprowadzenia obrazowania korzeni pszenicy oraz do wybrania nowych odmian charakteryzujących się optymalnym przyswajaniem wody i składników odżywczych.

Nowy projekt prowadzony będzie przez CPIB przy wsparciu specjalistów z Australii, Europy i Meksyku.

Referencje dokumentu: Mairhofer, S. et al., "RooTrak: Automated Recovery of Three-Dimensional Plant Root Architecture in Soil from X-Ray Microcomputed Tomography Images Using Visual Tracking", Plant Physiology, 2012.

Źródło: CORDIS