Разработка виртуальной лаборатории для выращивания солеустойчивого миндаля

Миндальные сады в Центральной Калифорнии, обеспечивающие более 80% мировых поставок этого продукта, сталкиваются с угрозой из-за засухи, засоления грунтовых вод и накопления солей в корневой зоне. Традиционная селекция таких деревьев осложнена длительными периодами ювенильности и сложными взаимодействиями между подвоем и привоем. В связи с этим был представлен проект AlmondLab, включающий протокол исследования и виртуальную лабораторию для оценки генетических конструкций, повышающих солеустойчивость миндаля Prunus dulcis.

Для испытаний разработаны шесть кандидатов (C1–C6), использующих механизмы адаптации морских водорослей, галофитов и экстремофилов. Они направлены на экструзию натрия через антипортеры типа SOS1, исключение натрия через транспортеры HKT1, компартментализацию натрия в вакуолях, осмотическую адаптацию за счет накопления маннитола, детоксикацию активных форм кислорода с помощью аскорбатпероксидаз, а также укрепление Каспариевых полосок в эндодерме для предотвращения апопластического прорыва.

Эксперимент проводится в замкнутой тепличной системе с использованием прецизионных лизиметров, обратного осмоса для опреснения воды и реминерализации питательных веществ. Это позволяет избежать сброса засоленных стоков в почву. Исследование охватывает 720 растений, разделенных на 16 систем, с применением байесовской иерархической системы оценки. Основным критерием эффективности является площадь кроны за 90-дневный период.

Проект дополнен вычислительной платформой с набором команд для аудита и проверки всех этапов пайплайна, а также цифровыми моделями для анализа производственных затрат в условиях ограничений на откачку грунтовых вод и колебаний цен на воду от 50 до 2000 долларов за акро-фут.