El fenotipado de plantas, el estudio de características observables basado en cómo el genotipo de la planta interactúa con su entorno, es parte integral del fitomejoramiento y la producción agrícola moderna. El fenotipado de alto rendimiento basado en el campo es una tecnología relativamente nueva en este campo y el enfoque principal del investigador Alper Adak de Texas A&M AgriLife.
Adak, Ph.D., ha estado estudiando fitomejoramiento desde que comenzó su programa de doctorado en el Departamento de Ciencias del Suelo y Cultivos en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de Texas A&M. Ahora, como investigador asociado postdoctoral, ha ampliado sus esfuerzos de investigación y está logrando avances en el fenotipado de alto rendimiento a través de vehículos aéreos no tripulados.
Adak dijo que esta tecnología puede aumentar la precisión de la toma de decisiones para los fitomejoradores y genetistas a través de novedosas optimizaciones, aplicaciones y análisis estadísticos. Su objetivo es abordar estos requisitos tanto como sea posible mediante la disección de datos para comprender mejor cómo estos rasgos fenómicos y genómicos interactúan con diversos entornos.
Adak creció en Antalya, Turquía, y completó sus cursos de grado y maestría en la Universidad de Akdeniz. Fue becado por el Ministerio de Educación Nacional de la República de Turquía para completar su educación doctoral en el extranjero. Su búsqueda de un laboratorio de genética cuantitativa centrado en el maíz con un programa progresivo de mejoramiento de plantas que incluyera investigación tanto genómica como fenómica lo llevó a Texas A&M.
Habiendo encontrado su hogar en el Departamento de Ciencias del Suelo y Cultivos, Adak planea continuar con su impactante investigación y, finalmente, ejecutar su propio programa progresivo de mejoramiento de plantas.
Después de completar su doctorado, ¿por qué eligió quedarse en el departamento para su trabajo de posdoctorado?
A lo largo de los años, nuestro equipo de investigación ha recopilado una gran cantidad de datos, en su mayoría imágenes de drones, así como datos genómicos de varias poblaciones de maíz cultivadas en Texas A&M. Sin embargo, los estudiantes de posgrado, incluido yo mismo, a menudo solo pudimos usar una pequeña parte de estos datos durante el tiempo limitado que estuvimos trabajando en nuestros programas de grado. Eso puede, a veces, hacer que sea un desafío ver el panorama general en la investigación. Por estas razones, quería seguir mi carrera como posdoctorado para enfocar, procesar y, en última instancia, publicar estos grandes datos.
¿Qué busca cuando utiliza el fenotipado de alto rendimiento?
Podemos mirar dos plantas de maíz y notar que ambas miden 6 pies de alto. La pregunta que hacemos cuando estudiamos el fenotipo y el genotipo es: “A medida que estas dos plantas crecieron hasta 6 pies, ¿su altura cambió igual durante su desarrollo o fueron diferentes?” Una planta pudo haber seguido el crecimiento de 3 pies, 4,5 pies y 6 pies, mientras que la otra siguió el crecimiento de 3 pies, 5 pies y 6 pies. Esto significa que aunque miden 6 pies cuando los mides, su crecimiento en altura durante el desarrollo es diferente. Lo que debemos entender de este resultado es que la medición de una sola vez nos hará pensar de manera errónea e incompleta. Con una sola medición, no podemos observar los cambios en la altura de las plantas a lo largo del tiempo, que es un dato muy crítico para comprender la biología y la genética de las plantas.
Con fenotipado de alto rendimiento, volamos drones equipados con diferentes sensores, como cámaras, sobre miles de plantas varias veces y grabamos imágenes durante cada vuelo. Por lo tanto, podemos calcular la altura de miles de plantas en diferentes etapas de desarrollo. Esta tecnología no era común antes, pero ahora, gracias a su avance, podemos estudiar el desarrollo de las plantas con mayor precisión.
¿Qué le gustaría que la gente supiera sobre fenómica y genómica de alto rendimiento?
Muchas características agrícolas importantes, como el rendimiento de grano en el maíz, están relacionadas con muchos factores, como la arquitectura genética de las plantas o los parámetros ambientales. Estas relaciones son dinámicas y deben observarse a lo largo de las etapas de desarrollo de las plantas. Una mejor comprensión de estas relaciones requiere observaciones más precisas.
La predicción genómica fue la tecnología que se ha utilizado durante más de dos décadas en el fitomejoramiento. El rendimiento de las plantas recién desarrolladas sin registros de rendimiento se predijo utilizando sus miles de marcadores genómicos en las etapas de plántula. Hicimos la misma predicción pero usando características fenómicas obtenidas por imágenes de drones y observamos que el uso de características fenómicas puede superar a los marcadores genómicos en la predicción del rendimiento de plantas recién desarrolladas.
De esto podemos deducir que el fenotipado convencional es insuficiente e incluso engañoso a la hora de tomar decisiones en los programas de fitomejoramiento, y que las tecnologías de alto rendimiento en fenotipado han quedado rezagadas respecto a la genómica. Sin embargo, los avances recientes en el fenotipado están allanando el camino para nuevos descubrimientos en biología vegetal, gracias a la recopilación de muchos datos fenotípicos novedosos que antes eran imposibles de registrar. Las tecnologías de alto rendimiento en el fenotipado de plantas se utilizarán con más frecuencia en un futuro próximo y facilitarán la selección de las plantas deseadas para los entornos objetivo a través de la integración con datos genómicos o solos.
¿Qué cambio prevé en la industria?
Gracias al big data que incluye datos genómicos, fenómicos y ambientales, los expertos de la industria analizan este big data como una tendencia creciente. Lo que probablemente veremos es que estos grandes datos serán analizados por algoritmos de aprendizaje automático, inteligencia artificial y visión por computadora. Así, entraremos en una nueva era en la agricultura en la que hay ideas y prácticas agrícolas más rentables, innovadoras, productivas, orientadas a resultados y respetuosas con el medio ambiente.
¿Qué influyó en su decisión de estudiar la fenómica y la genómica de las plantas?
He sido influenciado positivamente por diferentes personas en varios momentos de mi vida, y lo que todos ellos tienen en común es que todos ellos están estrechamente relacionados con la agricultura y el fitomejoramiento y la genética. Por lo tanto, estas personas tuvieron una gran influencia en mi elección de este campo.
Mi padre, Selahattin Adak, es un experto en horticultura y dedicó su vida a la mejora y el cultivo de hortalizas. Me inculcó el amor por la naturaleza y la agricultura.
Comencé mi educación de posgrado en la Universidad de Akdeniz en Antalya, Turquía. Mi asesor en ese momento, el Dr. Cengiz Toker, fue muy influyente en mi elección de una carrera en fitomejoramiento y genética.
Cuando llegué a Texas A&M, me uní al Dr. laboratorio de Seth Murray para comenzar mi trabajo de doctorado en genética y mejoramiento de maíz. Dr. La visión de Murray me impresionó profundamente, y él es la persona que me convirtió en un pensador crítico. Puedo decir fácilmente que él es la persona real detrás de mi éxito científico. Como uno de sus aprendices, me ayudó de manera constante y paciente a tener éxito. Siempre se ha preocupado generosa y sinceramente por mis logros y me ha elevado. Me siento muy afortunada de haber tenido la oportunidad de trabajar con él.
¿Qué consejo le daría a los estudiantes actuales interesados en seguir una trayectoria educativa o profesional como la suya?
Compartiré un hábito que me ha funcionado en mi vida profesional y que creo que puede ser útil para los estudiantes. He escuchado a los científicos que admiro decir que las ideas innovadoras suelen ser tímidas, que no siempre visitan nuestra imaginación. A lo largo de mi carrera he tenido muchos ejemplos que confirman este fenómeno. Por lo tanto, siempre he tratado de mantener mi propio mundo de pensamiento lo más listo y atractivo posible para que cuando surja alguna idea innovadora, pueda acogerla y combinarla con mi mundo de pensamiento. De esta manera, pude construir algunas ideas nuevas en mi imaginación que crearon una fructífera diversidad en mi mundo de pensamiento. En resumen, los estudiantes actuales pueden diseñar su mentalidad para pensar de manera sostenible, y esto puede ayudarlos a aprender que las nuevas ideas requieren un pensamiento a largo plazo durante toda su vida.
¿Qué es lo que más te gusta de lo que haces?
Creo que mi parte favorita de mi trabajo es intercambiar ideas con científicos de la misma o diferentes disciplinas. A veces, desarrollar una idea por su cuenta puede ser difícil. Sin embargo, trabajar e intercambiar ideas con expertos en diferentes campos siempre me ha elevado y me ha ayudado a desarrollar mis ideas con más fuerza.
¿Qué recuerdo tiene de su tiempo aquí en Texas A&M?
Recibí el Premio Vicecanciller a la Excelencia 2022 en la categoría de Premio de Investigación para Estudiantes de Posgrado. Este es uno de mis recuerdos más importantes y hermosos durante mi tiempo aquí en Texas A&M.
¿Qué estarías haciendo si no fueras un asociado de investigación postdoctoral?
Desde una perspectiva realista, estaría cultivando y mejorando vegetales para ayudar a nuestra pequeña empresa familiar. Desde un punto de vista imaginario, me encantaría ser compositor en la época barroca o ser un virtuoso de la guitarra eléctrica solista en los años 80.
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