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Agricoltura moderna
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I geni svolgono un ruolo cruciale nel plasmare le generazioni future negli organismi viventi. Il pensiero di base sul fatto che gli esseri viventi siano creature modellate si basa sulle loro origini. Ad esempio, se la prole di un giocatore di cricket gioca bene a cricket, si presume che provenga dal gene del cricket del genitore. Allo stesso modo con le piante, l'origine genetica la dice lunga sulla pianta e anche sulla futura progenie.
Ogni pianta mostra le sue caratteristiche e ci sono pro e contro in questo senso. Forse la pianta di rose in casa tua avrebbe dovuto dare più fiori di quelli che dà di solito. Forse la zucca in bottiglia avrebbe dovuto essere più grande nella resa di quella che hai raccolto. Ora, cosa accadrebbe se ciò potesse essere realizzato utilizzando il materiale genetico all'interno della pianta e controllando il gene per essere l'espressivo dominante? Questo ha stuzzicato il cervello degli scienziati. Ed è così che è stato introdotto il concetto di base della modificazione genetica nelle piante e, infine, il fenotipizzazione.
Il fenotipo deriva dalle parole greche "phainen" (mostrare) e "tupos" (tipo) e si riferisce alla raccolta di caratteristiche misurabili di un individuo risultanti dall'interazione del genotipo con l'ambiente; quindi, i fenotipi rappresentano la natura e il nutrimento dell'organismo.
La fenotipizzazione delle piante offre dati sulle proprietà anatomiche, storiche, fisiologiche e biochimiche della pianta. La fenotipizzazione delle piante è un fattore determinante nell'intensità della selezione, nella precisione della selezione e nel rilevamento di nuove variazioni genetiche. All'interno di un sistema di selezione vegetale, il beneficio genetico (la quantità di aumento della produzione nel tempo) può essere accelerato in vari modi, incluso aumentando le dimensioni del programma di selezione per consentire una maggiore intensità di selezione.
Le tecnologie di fenotipizzazione sul campo ad alto rendimento (HTFP) hanno notevolmente ampliato la capacità di tracciamento e quantificazione su più scale degli esperimenti sul campo e dei vivai di riproduzione negli ultimi dieci anni. Il vantaggio di queste tecnologie HTFP non è solo quello di sostituire in modo rapido ed economico punteggi ingombranti e soggettivi, ma anche di sbloccare la capacità di nuovi fenotipi latenti che riflettono la funzione biologica sottostante.
Il miglioramento genetico delle piante diventa inefficiente con una fenotipizzazione errata e talvolta inutile perché qualsiasi screening dei genotipi sarà efficiente quanto consentito dal suo protocollo e qualsiasi pregiudizio, in base alla sua entità, i guadagni genetici possono essere sostanzialmente influenzati. È importante capire che la selezione più efficace è che la frequenza degli alleli favorevoli nella popolazione target è bassa nei primi cicli riproduttivi.
Qualsiasi protocollo impreciso per la fenotipizzazione, in particolare in popolazioni riproduttive piccole o limitate, ridurrà l'efficienza a causa della frequenza molto bassa di alleli favorevoli e guadagni genetici.
Quindi, ci sono diversi tipi di tecniche di fenotipizzazione che vengono implementate in base al terreno agricolo e all'agenda di applicazione.
La fenotipizzazione sul campo ad alta produttività utilizza un'ampia gamma di sensori e processi di analisi per quantificare l'efficienza, la fotosintesi, la produzione, la progettazione, la crescita o la produttività della biomassa di singole piante o soprassuoli. In origine, alcuni di questi sensori e procedure sono stati sviluppati nel telerilevamento, alcuni nell'agricoltura di precisione, mentre altri sono procedure di imaging basate su laboratorio. Vengono quantificati il colore della pianta, la riflessione spettrale, la clorofilla-fluorescenza, la temperatura e altre caratteristiche, dalle quali si possono estrarre caratteristiche come biomassa, architettura, numero di spighe, capacità fotosintetica, apertura stomatica o resistenza allo stress.
La fenotipizzazione automatica delle piante basata su immagini con elevata produttività si riferisce al rilevamento e alla quantificazione non distruttiva delle caratteristiche delle piante analizzando le immagini raccolte a intervalli regolari e con precisione. Mentre la ricerca fenomica ha attirato una notevole attenzione nell'ultimo decennio, l'estrazione di fenotipi numerici significativi e affidabili dalle immagini delle piante, in particolare tenendo conto dei suoi singoli componenti, ad es. foglie, steli, frutti e fiori, rimane un collo di bottiglia critico per la traduzione dei progressi nella tecnologia di fenotipizzazione in intuizioni genetiche a causa di varie sfide, comprese le variazioni di illuminazione.
La fenotipizzazione delle piante con veicoli e sensori a terra è nota come fenotipizzazione prossimale. La fenotipizzazione prossimale è una scienza emergente che associa la genomica all'agronomia e all'ecofisiologia vegetale combinando sensori e tecnologia automatizzata. Durante la crescita e lo sviluppo delle piante, il corpo vegetale funzionale (FENOTIPO) si sviluppa attraverso la complessa interazione tra la storia genetica (GENOTIPO) e l'ambiente fisico in cui le piante si sviluppano (AMBIENTE). Queste interazioni determinano l'efficienza e la produttività degli impianti misurata come biomassa cumulativa e l'efficienza della resa commerciale e dell'utilizzo delle risorse. Per stabilire strategie per una pianta sostenibile, è necessario incorporare l'intero spettro della scienza delle piante, dalla scala molecolare a quella sul campo.
Esistono requisiti leggermente diversi per la fenotipizzazione delle piante per l'agricoltura di precisione rispetto alla fenotipizzazione prossimale. Alcune applicazioni della fenotipizzazione richiedono approcci e soluzioni differenti per il miglioramento genetico delle piante e quindi questo tipo di fenotipizzazione si basa sull'ottimizzazione delle rese stabili e sulla garanzia della qualità delle colture. Questo tipo di fenotipizzazione può essere utilizzato nella rilevazione precoce di agenti patogeni emergenti nelle piante per intervenire tempestivamente. L'applicazione della fenotipizzazione è diversificata in base a colture specifiche e varianti delle colture.
Il nostro pensiero:
Gli attuali approcci di fenotipizzazione sul campo ad alto rendimento hanno risultati promettenti che possono essere utilizzati come struttura per la crescita e il miglioramento nell'agricoltura moderna. Se implementate nel modo giusto, applicazioni di fenotipizzazione affidabili, convenienti in termini di tempo e costi possono modificare le aspettative di output per gli agricoltori. Le aziende agricole e gli AgTech devono capire come sfruttare la fenotipizzazione e migliorare la resa attraverso metodi sostenibili. La fenotipizzazione può fare miracoli quando vengono identificati i tratti significativi delle colture e la nuova qualità di questi tratti viene replicata geneticamente. Questa, tuttavia, è una visione per un futuro lontano; niente che non si possa realizzare. Inoltre, i dati fenotipici prodotti devono essere acquisiti ed elaborati in
una modalità di elaborazione quantitativa, stabile e rapida, in un formato che gli utenti finali potranno interpretare in modo esplicito. L'implementazione della fenotipizzazione in condizioni controllate si rivelerà vantaggiosa sia per i coltivatori che per i consumatori, rendendola una situazione vantaggiosa per tutti.
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