Defnyddio Deallusrwydd Artiffisial i Gyflymu Gwella Cnydau

Yr Her

Mae datblygugwell amrywiaethau o gnydau yn dibynnu ar ddeall sut mae geneteg yn dylanwadu ar briodweddau ffisegol planhigion, fel maint a siâp hadau a chodennau hadau. I fridwyr planhigion, gellir cysylltu’r priodweddau hyn yn uniongyrchol â nodweddion gwerthfawr gan gynnwys cynnyrch, gwytnwch a chynhyrchedd.

Yn draddodiadol, er mwyn casglu’r wybodaeth hon, bu’n rhaid i ymchwilwyr fynd ati â llaw i fesur miloedd o ffrwythau a chodennau hadau unigol. Mae’r broses hon yn ddwys o ran llafur, yn cymryd amser ac fe all fod yn agored i gamgymeriadau dynol, sydd yn creu cryn dagfa mewn rhaglenni gwella cnydau.

Wrth i raglenni bridio geisio dadansoddi poblogaethau cynyddol fwy o blanhigion, cynyddu mae’r angen am agweddau cyflymach, mwy cyson y gellir eu graddio tuag at ffenodeipio, sef y broses o fesur nodweddion arsylladwy planhigion.

Yr Ateb

Mae ymchwilwyr o Athrofa’r Gwyddorau Biolegol, Amgylcheddol a Gwledig (IBERS) a’r Adran Cyfrifiadureg ym Mhrifysgol Aberystwyth wedi datblygu cyfres o arfau deallusrwydd artiffisial sydd yn awtomeiddio mesur ffrwythau a chodennau hadau planhigion.

Gyda chyfuniad o luniau cyfrifiadurol, dysgu dwfn a gwyddor planhigion, mae’r prosiect yn galluogi ymchwilwyr i adnabod codennau hadau yn awtomatig mewn delweddau a mesur priodweddau pwysig gan gynnwys:

• Hyd
• Lled
• Arwynebedd
• Cyfaint a ragfynegir

Mae’r mesuriadau sy’n deillio o hyn yn darparu setiau data cyson, gwrthrychol a manwl gywir y gellir eu cynhyrchu ar raddfa fyddai’n anymarferol o gael eu gwneud â llaw.

Cyflwyno Ffenodeipio Trwygyrch-uchel

Un o ddeilliannau allweddol y prosiect yw MorphPod, erfyn dadansoddi delweddau wedi’i bweru gan DA a all fesur niferoedd mawr o godennau hadau yn awtomatig. Gan ddefnyddio set ddata o fwy na 330,000 silicwe (codennau hadau) o 362 o genoteipiau planhigion, dangosodd y tîm sut y mae modd defnyddio deallusrwydd artiffisial i berfformio ffenodeipio trwygyrch-uchel, gan gynhyrchu mesuriadau manwl yn gyflym ac yn gyson ar draws poblogaethau mawr iawn o blanhigion.

 

Mewn un astudiaeth, casglodd MorphPod fesuriadau manwl o fwy na 300,000 o ffrwythau unigol, llawer ohonynt yn dal ynghlwm i’r planhigyn. Dangosodd hyn botensial dysgu dwfn i drawsnewid dadansoddi planhigion ar raddfa fawr a lleihau’n sylweddol yr amser a gymer i gasglu data.

Ochr yn ochr â MorphPod, datblygodd yr ymchwilwyr hefyd DeepCanola, erfyn cysylltiedig a ddyluniwyd yn unswydd ar gyfer cnydau bresych fel rêp hadau olew a bresych. Gyda’i gilydd, mae’r arfau hyn yn rhoi fframwaith hyblyg y mae modd ei gymhwyso ar draws sawl math o rywogaeth o gnydau.

Cysylltu Nodweddion Planhigion â Geneteg

Mae gwerth y prosiect yn ymestyn ymhell y tu hwnt i fesuriadau awtomatig.

Mae MorphPod yn cynhyrchu data ffenoteipaidd manwl y gellir ei gysylltu’n uniongyrchol i ffurfiant genetig planhigyn.  Defnyddiodd yr ymchwilwyr y mesuriadau a gynhyrchwyd gan y system i gynnal dadansoddiad locws nodwedd ansoddol (QTL), oedd yn adnabod ardaloedd o DNA cysylltiedig â maint a siâp codennau a nodweddion morffolegol pwysig eraill.

Llwyddodd yr agwedd hon i atgynhyrchu cydgysylltiadau genetig oedd yn hysbys gynt, gan gynnwys dolenni i’r genyn ERECTA y gwyddom am ei nodweddion, a datgelwyd ar yr un pryd hefyd ddarpar-ardaloedd genomig newydd sy’n gysylltiedig â morffoleg ffrwythau.

Mae’n bwysig nodi bod yr astudiaeth ymysg yr arddangosiadau cyntaf o ddefnyddio data ffenotypaidd dysgu dwfn yn llwyddiannus ar gyfer darganfyddiadau genetig mewn bioleg planhigion. Mae hyn yn rhoi ffordd bwerus newydd i ymchwilwyr ddod o hyd i’r ffactorau genetig sy’n dylanwadu ar berfformiad cnydau.

Effaith

Dengys y prosiect sut y gall deallusrwydd artiffisial helpu i gyflymu bridio planhigion trwy wneud y canlynol:

• Awtomeiddio mesuriadau a arferai ddefnyddio llawer iawn o lafur
• Cynhyrchu data ffenotypig cyson a diduedd
• Lleihau’r amser sydd ei angen ar gyfer dadansoddi ar raddfa fawr
• Galluogi ymchwilwyr i astudio poblogaethau planhigion mwy o lawer
• Cefnogi dadansoddi genetig mwy manwl gywir
• Adnabod genynnau sy’n gysylltiedig â nodweddion gwerthfawr mewn cnydau
• Cyflymu datblygiad gwell amrywiaethau o gnydau

Dangoswyd fod y dechnoleg eisoes yn addawol ar draws ystod o rywogaethau amaethyddol, gan gynnwys rêp hadau olew , bresych, ceirch, barlys a gwenith, gan ddangos y potensial sydd iddo y tu hwnt i’r systemau planhigion engrheifftiol lle cafodd ei ddatblygu i ddechrau.

Gwyddoniaeth Agored a Chyrhaeddiad Byd-eang

Yn unol ag egwyddorion gwyddoniaeth agored, mae’r tîm ymchwil wedi peri bod MorphPod a’r arfau anodi delweddau cysylltiedig ar gael yn rhydd fel adnoddau ffynhonnell- agored.

Mae hyn yn  caniatau i ymchwilwyr a bridwyr ledled y bydi ddyblygu, addasu a chymwyso’r dechnoleg i’w cnydau a’u rhaglenni bridio hwy eu hunain, sydd o gymorth i gyflymu arloesedd ar hyd a lled y gymuned gwyddorau planhigion ehangach.

Pam ei fod o Bwys

Mae amaethyddiaeth ledled y byd dan bwysau cynyddol i gynhyrchu mwy o fwyd ac ar yr un pryd i wella cynaliadwyedd a gwytnwch yn wyneb heriau amgylcheddol.

Trwy gyfuno gwyddor planhigion, deallusrwydd artiffisial ac uwch-dechnolegau delweddu, mae tîm Prifysgol Aberystwyth yn helpu i wneud i ffwrdd ag un o’r prif rwystrau i wella cnydau. Mae’r prosiect yn galluogi ymchwilwyr a bridwyr i gasglu data o ansawdd well, gwneud penderfynaidau mwy gwybodus, a chyflymu datblygiad amrywiaethau o gnydau yn  y dyfodol.

Fel yr esbonia As Kieran Atkins, ymchwilydd PhD ac arweinydd y prosiect:

"Mae gan arfau DA fel yr un a ddtablygwyd gennym ni y potensial i chwyldroi’r modd y gallwn ddatblygu amrywiaethau newydd o gnydaqu. Mae wir yn newid popeth."

Edrych Ymlaen

Mae MorphPod a DeepCanola yn enghreifftiau gwych o rôl gynyddol deallusrwydd artiffisial mewn ymchwil amaethyddol. Trwy gyfuno uwch-ddelweddu, dysgu dwfn a dadnaoddi genetig, mae’r prosiect yn helpu i swneud amaethyddiaeth yn addas at y dyfodol trwy wella cnydau yn gynt a chyda chymorth data.

Gyda’r arfau bellach ar gael i bawb a chyda modd eu haddasu ar gyfer amrywiaeth eang o rywogaethau, mae’r ymchwil yn sylfaen i’r genhedlaeth nesaf o frifio planhigion a alluogi trwy DA, gan gefnogi datblygu cnydau sy’n cynhyrchu mwy, sydd yn fwy gwydn ac mewn gwell sefyllfa i gwrdd â heriau’r dyfodol.