Математическая модель, разработанная учеными Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), позволяет прогнозировать урожайность и качество семян.
Создать новую разновидность растений непросто. Обычно это занимает 10-12 лет, поскольку селекционер, начиная работать с материалом в каждом поколении (в течение года), отбирает растения по интересующему признаку с определенными значениями — например, когда необходимо получить семена для высокой урожайности.
С помощью моделей геномной селекции этот процесс можно ускорить в несколько раз по двум причинам: во-первых, это повышает точность оценки того, какие растения выбрать для следующего поколения, а во-вторых, нет необходимости измерять интересующий фенотип каждое поколение вы можете ограничиться прогнозированием его по образцу и заблаговременным отказом от неподходящих растений, что особенно важно для тех черт, которые формируются на более поздних стадиях развития растений.
По мнению ученых, математическая модель, созданная с помощью методов машинного обучения, работает лучше аналогов, поскольку при той же предсказательной способности оперирует меньшим количеством параметров. Для селекционеров очень важен правильный подбор материнских растений для скрещивания. А благодаря небольшому количеству параметров в модели ученые могут рассчитать все возможные генотипы потомства от каждой родительской пары и выбрать лучший из них.
В начале своей работы у исследователей есть обучающий набор, в котором все растения фенотипированы (т. Е. Интересующий признак оценивается для них количественно) и генотипирован (т. Е. Известны вариабельные положения нуклеотидов в ДНК). На его основе обучается модель и в результате получается зависимость, по которой можно предсказать признак для любого генотипа. Затем эта модель используется для прогнозирования признаков у других растений, для которых известен только генотип, но нет фенотипических измерений. Ученые из Санкт-Петербурга применили эту модель для прогнозирования фенотипических признаков сои и успешно рассчитали высоту растений, количество семян, урожайность, процентное содержание белка и масла в семенах.
«Математика — новый микроскоп для биологии, недаром ее считают королевой всех наук. В настоящее время он играет такую же роль в развитии биологии, как и в становлении физики в 17 веке. Благодаря достижениям биологии математика развивается и, наоборот, новые математические методы приводят к решению задач биологии. Эти области знаний обогащают друг друга. Поэтому и появилась математическая биология », — отмечает Мария Самсонова, заведующая лабораторией« Математическая биология и биоинформатика »СПбПУ (лаборатория работает в рамках научного центра мирового уровня« Передовые цифровые технологии»).
Ученые СПбПУ уже получили патент на метод оценки репродуктивного материала в рамках математической модели, разработанной совместно с компанией «Соевый комплекс».
