A IA está revelando a vida secreta das plantas

Aïda Amer/Axios

As mais recentes ferramentas de IA e os avanços informáticos estão fornecendo uma visão mais detalhada das plantas e das suas interações com o mundo, o que poderá ajudar os técnicos agrícolas a desenvolver culturas mais resilientes e os agricultores a planejarem um futuro muito diferente.

Por que é importante

Uma população global em crescimento precisa de ser alimentada utilizando menos terra — tudo está sofrendo a pressão da degradação do solo, das pragas, das doenças e das alterações climáticas.

• “Estes são enormes desafios e estamos tentando enfrentá-los em muitas escalas diferentes – desde a epidemiológica à molecular”, diz Jake Harris, professor de biologia vegetal na Universidade de Cambridge.
• “A IA vai ajudar em todos os aspectos”, diz ele.

Cenário atual

Os algoritmos de IA não são novidade na ciência das plantas. Robôs percorrem os campos tirando fotos de plantas e, usando métodos de aprendizagem profunda de IA, detectam doenças e analisam diferentes atributos das plantas, em um esforço para trazer coleta de dados precisa e consistente para a agricultura.

• Algoritmos de aprendizado de máquina analisam as características das plantas e preveem quais combinações genéticas produzirão uma planta com as características desejadas – muitas vezes visando uma resiliência à seca ou a doenças para não reduzir o rendimento da colheita.

Mas novas ferramentas baseadas em IA estão permitindo aos pesquisadores desvendar o funcionamento interno da biologia vegetal que anteriormente estava oculto por trás de uma complexa rede de interações moleculares.

• “Não era economicamente viável fazer biologia estrutural de plantas em escala”, diz John Jumper, pesquisador do Google DeepMind, que lidera a equipe por trás da AlphaFold, preditor de estrutura de proteínas alimentado por IA.
• Um artigo científico demonstrou que as estruturas de menos de 2% das proteínas nas espécies modelo da biologia vegetal, Arabidopsis thaliana, eram conhecidas, em comparação com cerca de 10 vezes mais para as proteínas humanas. AlphaFold aumentou a cobertura das proteínas da planta para mais de 60%, embora com graus variados de qualidade.
• O prof. Harris está usando o AlphaFold para tentar entender as modificações químicas que são feitas no DNA das plantas quando elas são expostas a patógenos, secas e outros estresses. Essas modificações armazenam informações para a planta responder na próxima vez que for estressada – mas a forma como a célula faz isso era informação “anteriormente invisível”, diz Harris.

Ampliando o quadro

Outros avanços recentes da IA ​​estão permitindo que os cientistas de plantas olhem além dos genes e proteínas de uma planta e considerem outros fatores-chave – como o solo, o clima e as práticas de gestão agrícola – que estão envolvidos na produção de uma planta.

• Em um artigo em pré-impressão recente, pesquisadores da Universidade de Kentucky relataram o uso de algoritmos de aprendizado de máquina para prever a composição genética de uma videira a partir do microbioma do solo. Eles poderiam, por exemplo, dizer se uma videira era shiraz ou cabernet sauvignon.
• Isso indica que a genética de uma planta tem um efeito sobre o microbioma do solo e que as culturas poderiam ser cultivadas para serem melhores hospedeiras de micróbios benéficos que poderiam reduzir a quantidade de água ou produtos químicos usados ​​para cultivar uma cultura, diz o co-autor do estudo Carlos Rodriguez Lopez, professor de horticultura na Universidade de Kentucky.

[AxiosScience]