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Jul 05, 2023

NASA、カリフォルニア上空からワイン用ブドウの病気の発見に協力

コーネル大学の助教授である植物病理学者のケイティ ゴールドは、畑で病気のブドウを検査します。 ゴールド氏のチームは、JPLが開発した機器を使用して、感染した作物を空気中から検出した。

コーネル大学の助教授である植物病理学者のケイティ ゴールドは、畑で病気のブドウを検査します。 ゴールド氏のチームは、JPLが開発した機器を使用して、カリフォルニアで最も重要なワイン用ブドウ生産地域の1つで、感染した作物を空気中から検出した。

あるケーススタディでは、科学者たちは、カベルネ・ソーヴィニヨンのブドウの木に高価な感染が発生していることを、人間の目に見える症状が現れる前に検出しました。

枯れカビ、根腐れ細菌、ウイルス、その他の植物病原体により、毎年、世界の収穫物の推定 15 ～ 30% が破壊されています。 早期発見は、不作作物と治療可能な作物の違いを生む可能性があります。 南カリフォルニアにある NASA のジェット推進研究所で開発された航空科学機器を使用することで、研究者らは、年間数十億ドルの作物被害をもたらすブドウの病気の隠れた兆候を正確に発見できることを発見しました。 リモートセンシング技術は、この作物や他の作物の地上監視に役立つ可能性があります。

JPLとコーネル大学の研究者らは、2つの新しい研究で、GLRaV-3（グレープバイン・リーフロール関連ウイルス複合体3の略）と呼ばれるウイルス疾患に焦点を当てた。 GLRaV-3 は主に昆虫によって蔓延し、収量を減らし、果実の成長を促進させ、米国のワインおよびブドウ業界に年間約 30 億ドルの損害と損失を与えています。 通常、これは労働集約的なブドウの木ごとの探索と高価な分子検査によって検出されます。

研究チームは、機械学習と NASA の次世代航空機可視/赤外線画像分光計 (AVIRIS-NG) を使用して、生産者が GLRaV-3 感染を空気中から早期に特定できるかどうかを確認したいと考えていました。 太陽光と化学結合の相互作用を記録するこの機器の光学センサーは、山火事、石油流出、温室効果ガス、火山噴火に伴う大気汚染などの危険を測定および監視するために使用されています。

カリフォルニア州ローディ地域での病原体発見研究に協力したワイン業界関係者らがブドウの木の間に書いた感謝のメッセージをドローンが捉えた。

植物病理学者のケイティ・ゴールド博士とそのチームが、別の疑問を投げかける機会を捉えたのは、カリフォルニア州でのメタン漏出の地図を作成するという 2020 年のキャンペーン中だった。「AVIRIS-NG は、州で最も重要なブドウ生産地域の 1 つにおける作物の隠れた感染を明らかにできるだろうか」 ?

「人間と同じように、病気の植物もすぐには外見上症状を示さない可能性があり、早期発見が栽培者が直面する最大の課題となっています」とコーネル大学の助教授であり、新しい研究の主任著者であるゴールド氏は述べた。 ブドウ蔓葉巻ウイルスの場合、ブドウの木が葉の変色や果実の発育不全など、感染の明らかな兆候を示すまでに最大 1 年かかる場合があります。 しかし、細胞レベルでは、それ以前からストレスが進行しており、太陽光が植物組織とどのように相互作用するかが変化しています。

研究機の腹部に搭載された AVIRIS-NG は、カリフォルニア州ローディにある約 11,000 エーカーのブドウ畑を観察しました。 この地域はカリフォルニアのセントラル バレーの中心に位置し、州の高級ワイン用ブドウの主要生産地です。

研究チームは観察結果をコンピューター モデルに入力し、感染を区別するために開発および訓練しました。 結果を確認するために、業界の協力者は分子検査用のブドウのサンプルを収集しながら、目に見えるウイルス症状がないか地上から 300 エーカー以上のブドウ畑を偵察しました。

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ゴールド氏は、これはカリフォルニアの熱波の最中に行われた労働集約的なプロセスであると指摘した。 「生産者、業界の協力者、偵察チームの懸命の努力がなければ、私たちが達成したことはどれも不可能でした」と彼女は言いました。 同様の取り組みは、ゴールド氏が主任科学者を務めるNASAエーカーズコンソーシアムの下で継続される。

研究者らは、症状が現れる前と後の両方で、感染していないブドウと感染したブドウを区別することができ、最もパフォーマンスの高いモデルは 87% の精度を達成したことを発見しました。 GLRaV-3 の早期検出に成功すれば、ブドウ栽培者に最大 1 年以内に介入を警告することができる可能性があります。