高温化する地球に植物の根を適応させ、食糧供給。

米国のNSF(National Science Foundation/全米科学財団/国立科学財団)は2021年11月03日に、スーパーコンピュータによる根の3Dイメージングが気候変動に適応した植物の開発に役立ち、高温化する地球に植物の根を適応させることで、食糧供給への圧力を軽減できるかもしれないと報告した。

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植物の新芽は、実や花をつけたり、目に見える構造を持っていたりと、華やかなイメージがある。しかし、ジョージア大学の植物生理学者でコンピュータ科学者のアレクサンダー・バックッシュ(plant physiologist and computer scientist Alexander Bucksch of the University of Georgia.)によると、未来に深い影響を与えるのは、土壌の下にある部分、つまり枝分かれして伸びる根や毛が水や栄養分を吸い上げる部分であるという。

気候が変化しているにもかかわらず、人口を支えるのに十分な食料を生産する能力や、大気中の炭素を固定する土壌の能力は、人間や他の種の生存に不可欠である。その解決策は、根の質にあるとアレクサンダー・バックッシュは考えている。

「世の中に問題が起きたとき、人間は動ける。しかし、植物はどうするのでしょうか」とアレクサンダー・バックッシュは言う。「生き残るためにゲノムを変えよう」と言うのである。「進化するのです。」

最近まで、農家や植物育種家は、植物の根系に関する情報を収集したり、深い根を育てるのに最適な種子について判断する良い方法を持っていなかった。

アレクサンダー・バックッシュらは、Plant Physiology誌に掲載された論文の中で、「DIRT(Digital Imaging of Root Traits)/3D」と呼ばれる画像ベースの3D根の表現型プラットフォームを紹介している。

このシステムは、対照的な12種類のトウモロコシの遺伝子型について、渦巻き間の距離、節根の数、角度、直径を含むすべての形質を、手作業による測定と比較して84％の一致率で確実に計算した。本研究は、NSFの支援を受けている。

DIRT/3Dを使って根の画像を撮影した科学者は、そのデータをPlantITと呼ばれるサービスにアップロードして、アレクサンダー・バックッシュと共同研究者が論文で説明しているのと同じ分析を行うことができるようになる。PlantITは、若い節根の長さから根系の偏心度まで、さまざまな形質に関する情報を提供する。これらのデータにより、研究者や育種家は、似たような種子や異なる種子から生まれた植物の根系を比較することができる。

このフレームワークは、Texas Advanced Computing Centerが提供する膨大な数の計算機能によって実現されている。

NSFのDivision of Integrative Organismal Systemsのプログラムディレクターであるジェラルド・シェーンクネヒト(Gerald Schoenknecht)は、「これは、ハイパフォーマンス・コンピューティングを植物生理学に学際的に応用することで、新しい実験的アプローチが可能になり、生物学的に新たな知見が得られるという素晴らしい例です.」と述べている。