23/11/2022
Door Ad Spijkers
Komend voorjaar zal een klein leger van door Cornell University ontwikkelde PhytoPatholoBots (PPB) worden ingezet voor druivenveredelingsprogramma's in de VS.
Doel van het project is de wereldwijde druiven- en wijnindustrie de 21e eeuw in te loodsen. De autonome robots zullen door wijngaarden rijden en computer vision gebruiken om data te verzamelen over de fysiologische toestand van elke wijnstok. Door deze gegevens te combineren met bestaande kennis verfijnen de onderzoekers de PPB zodat veredelaars en telers hun wijngaarden blad voor blad in real-time tot op chemisch niveau kunnen evalueren.
Vervolgproject
De uitrol van de PPB's vindt plaats in het eerste jaar van een nieuw vierjarig project bij Cornell University in Ithaca (bij New York), als vervolg op het al tien jaar durende samenwerkingsproject VitisGen. Hierin ontdekte een team wetenschappers veel van de genen die belangrijke eigenschappen in wijnstokken bepalen, zoals ziekteresistentie, insectenresistentie en fruit- en wijnkwaliteit. Gewapend met deze waardevolle nieuwe genetische bronnen hebben druiventelers in de hele VS nieuwe variëteiten kunnen introduceren die hoge kwaliteit combineren met een hoge ziekteresistentie.
Het nieuwe project richt zich op het brengen van de genetische en technologische innovaties in de wijngaard door plantpathologie, computer vision, AI en robotica te combineren. Dit werk is cruciaal om telers aan te moedigen om op grote schaal nieuwe ziekteresistente druivenrassen aan te planten, mogelijk gemaakt door VitisGen. Bijna alle druivensoorten die tegenwoordig worden geteeld, zijn vatbaar voor echte meeldauw en valse meeldauw, die de afgelopen 140 jaar door telers over de hele wereld zijn bestreden met meerdere toepassingen van chemische fungiciden.
In het veld
Alleen al door deze nieuwe variëteiten te gebruiken, kan het gebruik van pesticiden met 90% worden verminderd, zeggen de onderzoekers. Nu veredelaars natuurlijke ziekteresistentie hebben geïntroduceerd in binnenkort op de markt te brengen variëteiten, hebben telers nieuwe richtlijnen nodig. Om deze begeleiding holistisch te ontwikkelen, is een team samengesteld met deskundigen uit diverse faculteiten van de universiteit.
Zo zullen de onderzoekers veldproeven uitvoeren om ziektebeheerprogramma's te ontwerpen voor nieuwe variëteiten in de variëteiten van VitisGen. Spectroscopie meet hoe materie interageert met licht en andere elektromagnetische straling, waarbij verschillende soorten materie verschillende spectrale signaturen produceren. Traditionele camera's meten spectrale handtekeningen binnen het zichtbare (RGB) lichtspectrum. Beeldvormende spectroscopie – oorspronkelijk ontwikkeld door NASA om het zonnestelsel te bestuderen – produceert data die een bereik van elektromagnetische straling bestrijken dat zeven keer groter is dan wat het menselijk oog kan zien.
Ontwikkeling
De PPB kreeg vorm nadat onderzoekers hadden geholpen het proces van het evalueren van duizenden zaailingen in het laboratorium te versnellen. Ze ontwikkelen hiertoe op AI gebaseerde modellen te om echte en valse meeldauw op druiven te detecteren en te kwantificeren met behulp van digitale beeldvorming. Met een geautomatiseerde fenotypering RGB-microscopierobot kon het laboratorium een zestigvoudige toename van het aantal zaailingen evalueren. Ook ontdekten ze dat AI nauwkeuriger ziekten kon kwantificeren dan mensen.
Voor dit project werd de reikwijdte van de PPB uitgebreid met beeldvormende spectrometers (ook bekend als hyperspectrale sensoren) om die VitisGen-laboratoriumonderzoeken naar de wijngaard te schalen. Hierdoor konden veredelaars wijnstokken in hun natuurlijke omgeving fenotyperen. De onderzoekers zullen de nieuw uitgeruste hyperspectrale PPB of HyperPPB ook gebruiken om planten op chemisch niveau te 'zien'. Deze data zal in het veld worden toegepast om ziekten op te sporen voordat zichtbare symptomen verschijnen, en in het laboratorium om de mechanismen achter ziekteresistentie te karakteriseren.
De onderzoekers helpen telers fundamentele verbeteringen na te streven, terwijl ze sneller kunnen reageren op al dan niet voorspelde veranderingen. Veel van die onvoorspelbare veranderingen zullen te wijten zijn aan klimaatverandering, die alleen maar zal leiden tot een toename van de ziekte- en plaagdruk. Om de sector te laten floreren, zullen telers nieuwe ziekteresistente variëteiten en precisiebeheermethoden moeten omarmen.
Foto: screenshot video Cornell University