Während des letzten Jahrzehnts nahmen die Forschungsaktivitäten zur Phänotypisierung von Pflanzen zu exponentiell. Dies kann größtenteils auf das Aufkommen neuer Phänotypisierungsplattformen, das Aufkommen komplexerer Technologien und die zunehmende Verfügbarkeit leistungsfähiger Sensoren zurückgeführt werden.
Es wird angenommen, dass die Kombination von aus Phänotypisierungsdaten extrahierten Informationen mit mathematischen und Computermodellen Wissenschaftlern dabei helfen wird, die dringende Notwendigkeit zur Verbesserung der Pflanzenmerkmale anzugehen, um die Ernährungssicherheit in den kommenden Jahrzehnten zu gewährleisten.
In einer neuen Studie veröffentlicht in in silico Plants, Clément Saint Cast, damals Postdoktorand an der UCLouvain, und Kollegen erkundeten, wie Phänomik und Modellierungsgemeinschaften miteinander verbunden werden können. Zunächst quantifizierten sie, inwieweit Phänomene und Modellierungsgemeinschaften Datensätze austauschen und gemeinsam verwenden. Anschließend schlugen sie vor, wie dies erleichtert werden könnte.
Bestimmung der etablierten und potenziellen Verbindung zwischen Gemeinschaften
Nach der Identifizierung von über 4,000 wissenschaftlichen Artikeln zu Pflanzenphänotypisierung, Softwaretools zur Analyse von Pflanzenbildern, prozessbasierten Pflanzenmodellen und einzelnen pflanzenbasierten Modellen ordneten die Autoren Artikel je nach Inhalt Forschungsthemen zu. Begriffe, die in Titeln, Abstracts und Schlüsselwörtern vorkommen, wurden aus Artikeln extrahiert und analysiert, um die Häufigkeitsverteilung der mit den Artikeln verbundenen Schlüsselbegriffe zu identifizieren.
Verwendung der VOSviewer Software waren sie in der Lage, Verbindungen zwischen Artikeln sowohl aus phänomischen als auch aus modellierenden Gemeinschaften zu visualisieren. Die Software berechnet Ähnlichkeiten zwischen Artikeln basierend auf der Anzahl der zitierten Referenzen, die sie gemeinsam haben. Je größer die Anzahl der zitierten Referenzen gemeinsamer Arbeiten ist, desto stärker sind die Arbeiten aufeinander bezogen.
Trotz der Überschneidung von Themen, die von Modell- und Phänotypisierungsgemeinschaften behandelt werden, sind die Anzahl und der Anteil der zitierten gemeinsamen Referenzen zwischen den Gemeinschaften gering, was auf ein geringes Maß an Verbindung zwischen diesen Gemeinschaften hinweist.
Laut Clément Saint Cast ist „dieses Ergebnis wahrscheinlich auf die unterschiedlichen wissenschaftlichen Ziele dieser Gemeinschaften, das mangelnde Bewusstsein für die von jeder Gemeinschaft geförderten Vorteile, die heterogene Terminologie, die von den Gemeinschaften verwendet wird, und das Fehlen gemeinsamer Plattformen zurückzuführen, um transparente Daten zu ermöglichen Austausch."
Die Autoren stellen eine dreiteilige Strategie vor, um eine bessere Verbindung und Zusammenarbeit zwischen Phänotypisierungs- und Modellierungsgemeinschaften zu erreichen.
1. Sensibilisierung für die Vielfalt bestehender Modelle, phänomischer Datensätze und Phänotypisierungsplattformen.
Das Online-Portal „Quantitative Plant“ (quantitative-plant.org) ermöglicht Benutzern, über 100 verschiedene Pflanzen- und Erntesimulationsmodelle und ihre Anwendungen zu erkunden. Es hilft Forschern bei der Suche nach Bildanalysesoftware für ihre Phänotypisierungsexperimente, um potenzielle bahnbrechende Modellanwendungen auf der zugehörigen Website für Nutzpflanzen- oder Pflanzenmodelle zu finden.
Das IPPN (https://www.plant-phenotyping.org/infrastructure_map) und BETONUNG (https://emphasis.plant-phenotyping.eu/emphasis_infrastructure_map) haben Datenbanken von Phänotypisierungsplattformen. Sie informieren über bestehende und kommende Phänotypisierungsplattformen sowie deren Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten.
2. Vereinheitlichung der von den Gemeinschaften verwendeten Terminologie.
Clément Saint Cast erklärt: „Derzeit kann die Terminologie, die von Phänotypisierungs- und Modellierungsgemeinschaften verwendet wird, je nach Forschungsdisziplin, Umfang, Zielen und sogar zwischen Forschungsgruppen sehr heterogen sein. Dies schränkt die Fähigkeit ein, Informationen innerhalb und zwischen Gemeinschaften genau in Beziehung zu setzen. Wir schlagen eine Lösung vor, um die Verbindung und den Informationsaustausch zu erleichtern: die Verwendung eines kontrollierten und standardisierten Wörterbuchs mit gängigen und international anerkannten Begriffen, das von den Gemeinschaften gemeinsam genutzt werden kann.“
Während einige Arbeit geleistet wurde, um diese Probleme von der Phänotypisierungsgemeinschaft anzugehen, muss zusätzliche Arbeit von den Pflanzen- und Pflanzenmodellierungsgemeinschaften unternommen werden.
3. Gemeinsame Plattformen entwickeln, um einen transparenten Datenaustausch zu ermöglichen.
Eine langfristige Zusammenarbeit zwischen den Phänomik- und Modellierungsgemeinschaften erfordert die Entwicklung gemeinsamer Plattformen, die einen transparenten Datenaustausch von Modellen zu Experimenten und umgekehrt ermöglichen sollen. Die Entwicklung einer gemeinsamen Hosting-Plattform sollte (i) phänomische Daten mit ihren zugehörigen Metadaten, (ii) phänomische Daten in einem harmonisierten Format und (iii) Modelle mit ihren zugehörigen Übersetzern und Konnektoren berücksichtigen, um die Verbindung zwischen phänomischen Daten und anderen Modellen zu ermöglichen.
„Wir haben diese Arbeit unternommen, weil wir glauben, dass die Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen Gemeinschaften sowie Open-Source-Daten und -Modelle eine großartige Gelegenheit für einen schnellen Fortschritt in der Pflanzenbiologie bieten.“
DER ARTIKEL::
Clément Saint Cast, Guillaume Lobet, Llorenç Cabrera-Bosquet, Valentin Couvreur, Christophe Pradal, François Tardieu, Xavier Draye, Gemeinschaften zur Phänotypisierung und Modellierung von Pflanzen verbinden: Lehren aus wissenschaftlicher Kartierung und betrieblichen Perspektiven, in silico Plants, Band 4, Heft 1, 2022, diac005, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac005
Sie können mehr über die gelesen Quantitative Pflanze Website auf Botany One.
