NASAJPL研究所は、リモートセンシング技術で、カリフォルニアのブドウ畑で年間約4000億円の損害と損失を救った。
NASAのカリフォルニア州パサディナにあるJPL研究所(Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif.)が公開している「NASA's Jet Propulsion Laboratory Day in Review」は2023年08月04日に、ある事例では、科学者たちは、カベルネ・ソーヴィニヨン(cabernet sauvignon)のブドウの木が人間の目に見える症状を示す前に、この高価な感染症を発見した。
枯れるカビ、根を腐らせるバクテリア、ウイルス、その他の植物病原菌は、毎年世界の収穫の15％から30％を破壊していると推定されている。
早期発見が、失敗作と治療可能な作物の違いを生む。
南カリフォルニアにあるNASAのジェット推進研究所で開発された空中科学機器を使用することで、研究者たちは、年間数十億ドルもの農作物被害をもたらすブドウの病気の兆候を正確にみつけることを発見した。
このリモートセンシング技術は、ブドウや他の作物の地上でのモニタリングに役立つ可能性がある。
JPLとコーネル大学(Cornell University)の研究者たちは、「GLRaV-3(Grapevine LeafRoll-associated Virus complex 3の略)と呼ばれるウイルス病に注目した。
主に昆虫によって広がる「GLRaV-3」は、収量を減らし、発育中の果実を腐敗させ、米国のワインとブドウ産業に年間約US$30億の損害と損失を与えている。
「GLRaV-3」は通常、手間のかかるブドウの木ごとの偵察と高価な分子検査によって発見される。
研究チームは、機械学習とNASAの次世代型空中可視赤外分光計(AVIRIS-NG)を使うことで、生産者が「GLRaV-3」の感染を早期に、しかも上空から特定できるかどうかを確かめようとした。
この装置の光学センサーは、太陽光と化学結合との相互作用を記録するもので、山火事、石油流出、温室効果ガス、火山噴火に伴う大気汚染などの危険の測定や監視に使用されてきた。
植物病理学者のケイティ・ゴールド博士(Dr. Katie Gold)と彼女のチームは、カリフォルニアのメタン漏れをマッピングする2020年のキャンペーン中に、別の疑問を投げかける機会を得た： AVIRIS-NGは、カリフォルニア州で最も重要なブドウ生産地のひとつで、農作物の隠れた感染を発見できるだろうか？
コーネル大学の助教授であり、今回の研究の上席著者であるケイティ・ゴールド博士は、「人間と同じように、病気の植物は外見上の症状をすぐに示さないことがあり、早期発見が生産者の直面する最大の課題となっています」と語った。
ブドウの葉巻ウイルスの場合、変色した葉や発育不良の果実など、ブドウの木が感染の兆候を示すまでに1年かかることもある。
しかし、細胞レベルでは、それ以前にストレスが進行しており、太陽光と植物組織との相互作用が変化している。
AVIRIS-NGは調査機の腹部に搭載され、カリフォルニア州ロダイにある約11,000エーカーのブドウ畑(11,000 acres of vineyards in Lodi, California)を観測した。カリフォルニア州セントラル・ヴァレー(California’s Central Valley)の中心に位置するこの地域は、同州の高級ワイン用ブドウの主要生産地である。
研究チームは、観察結果を開発したコンピューターモデルに入力し、感染を区別できるように訓練した。この結果を確認するため、業界の協力者たちは、300エーカー以上のブドウ畑を地上から偵察し、目に見えるウイルス症状を確認するとともに、分子検査用のブドウの木サンプルを採取した。
ケイティ・ゴールド博士は、カリフォルニアの猛暑の中、労働集約的な作業であったと指摘する。「生産者、業界の協力者、スカウティング・チームの懸命な努力なしには、私たちが成し遂げたことのどれも不可能だったでしょう。」と彼女は語った。同様の取り組みは、ゴールドが主任研究員を務めるNASAエーカーズ・コンソーシアム(NASA Acres Consortium)でも継続される予定である。
研究者たちは、感染していないブドウの木と感染したブドウの木を、症状が出る前と出た後の両方で区別できることを発見した。
GLRaV-3の早期発見に成功すれば、ブドウ栽培者に1年以内の警告を与えることができる。
研究者らは補足論文の中で、今回のケーススタディは、空と宇宙における新たな能力が、地上ベースの病原体監視活動をいかにサポートできるかを示していると述べている。
このような能力には、NASAの地球システム観測所を構成するミッション群の一部である、NASAのSBG(NASA’s Surface Biology and Geology/表面生物学・地質学)のようなミッションが含まれる。SBGは、地球規模での農業の意思決定に機械学習と組み合わせて使用できるデータを提供するという。
両研究の主執筆者であるフェルナンド・ロメロ・ガルバン博士候補生(Fernando Romero Galvan, a doctoral candidate)は、気候変動に直面して、持続可能な農法がこれまで以上に重要になっていると指摘した。
「リモートセンシングと植物病害検出にとって、今はエキサイティングな時代だと思います。」「スケーラブルなソリューションは、生産者がデータに基づいた持続可能な作物管理を決定するのに役立ちます。」
「私たちがこの研究で行ったことは、カリフォルニアのある地域のある病害を対象としたものです。」「私たちの究極のビジョンは、多くの作物病害と世界中の生産者のために、地球全体でこれを行うことができることです。」と、JPLの研究技術者である共著者のライアン・パブリック(Ryan Pavlick)は言う。
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Written by Sally Younger
https://www.jpl.nasa.gov/news/nasa-helps-spot-wine-grape-disease-from-skies-above-california
https://doi.org/10.1094/PHYTO-01-23-0030-R
https://www.jpl.nasa.gov/missions/airborne-visible-infrared-imaging-spectrometer-next-generation-aviris-ng
https://www.nasaacres.org/
https://graperesearch.org/2023/05/26/cornell-and-grapes-chosen-for-specialty-crop-focus-for-nasa-acres/
https://doi.org/10.1029/2022JG007342
https://sbg.jpl.nasa.gov/
https://science.nasa.gov/earth-science/earth-system-observatory
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