Wenn es ums Treffen geht der prognostizierte Anstieg der Lebensmittelnachfrage um 70 % im Jahr 2050, betrachtet Dr. Xinguang Zhu photosynthetische Effizienz als unerforschte Möglichkeit, signifikante Ertragssteigerungen zu erzielen. Untermauert wird dies durch zwei kürzlich veröffentlichte Studien 15% und 40% erhöhte Pflanzenbiomasse, die durch Manipulation der photosynthetischen Effizienz erreicht wird.
Die Ziele für diese beiden Studien wurden von geleitet Computermodellierung. Pflanzensystemmodelle können durch die gleichzeitige Berücksichtigung vieler interagierender Komponenten in einem komplexen System verwendet werden, um die optimalen Kombinationen von Parametern zu definieren, um durch Optimierungsanalysen höhere Erträge zu erzielen, oder durch Sensitivitätsanalyse das effektivste Ziel zu identifizieren, das für einen erhöhten Ertrag für eine bestimmte Sorte konstruiert werden kann .
Laut ihrem kürzlich veröffentlichten Perspektivpapier in in silico Asphaltmischanlagen, Zhu und Co-Autoren schlagen vor, dass die Entwicklung von ertragreichen Nutzpflanzen beschleunigt werden kann, indem phänomische, genomische und Systemmodelle in Kombination aufgrund der jüngsten Fortschritte in allen drei Bereichen verwendet werden.
Hochdurchsatz-Phänotypisierung (HTP) erzeugt Daten von beispielloser Quantität und Qualität für die Parametrisierung und Anwendung von Modellen. HTP liefert Daten, die für ein vollständiges Systemmodell erforderlich sind, das (a) morphologische Merkmale umfasst, die visuell und zerstörungsfrei schwer zu verfolgen sind, wie z. B. Wurzelmorphologie, (b) Änderungen der funktionellen und strukturellen Dynamik im Laufe der Zeit, z. B. während eines gesamten Wachstums Jahreszeit und (c) Pflanzen-Umwelt-Wechselwirkungen.
In der Post-Genomik-Ära sind die auf molekularen Markern basierende Selektion, die genomische Selektion und die genomische Bearbeitung immer schneller und effizienter geworden. Diese Informationen werden die Fähigkeiten von Pflanzensystemmodellen verbessern, um den Phänotyp aus dem Genotyp vorherzusagen. Genomische Informationen können in Systemmodelle integriert werden, indem (a) Kartierungsfunktionen zwischen molekularen Markern und makroskopischen Modellparametern konstruiert werden oder (b) ein genetisches regulatorisches Netzwerk konstruiert wird, um den Phänotyp direkt vom Genotyp vorherzusagen.
Um Modelle zu entwickeln, die die Pflanzenzüchtung effektiver steuern können, fordern die Autoren eine effektive Integration von HTP, Genomik und Systemmodellierung und erweitern die laufenden Bemühungen zur Entwicklung einer universellen Schnittstelle, die die Entwicklung von a umfassend, mehrstufig und mechanistisch Modell, das Biogenese, Funktion, Wachstum und Alterung jedes Organs beschreibt.
