Ученые Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL) выпустили новую глобальную централизованную базу данных корневых признаков растений или определяющих характеристик, которые могут улучшить наше понимание того, как скрытая структура растений под землей может взаимодействовать с жизнью и иметь к ней отношение. наземный.
Экологическая база данных Fine-Root (FRED) объединяет информацию наблюдений и экспериментов по всему миру в один общедоступный онлайн-ресурс, доступный бесплатно для всех.
Версия 1 FRED содержит более 70 000 наблюдений примерно 300 различных типов признаков корней, а также связанные данные, такие как температура почвы, влажность и солнечный свет, из примерно 800 источников данных. Управление науки Министерства энергетики (DOE) финансирует эту работу.
"Мы много думаем о том, что происходит у нас под ногами, как корни переплетаются с окружающей почвой, и мы пытаемся предсказать, что может произойти с растениями и почвой в будущем по мере изменения окружающей среды", сказала главный исследователь Коллин Иверсен, старший научный сотрудник отдела наук об окружающей среде ORNL и Научного института изменения климата (CCSI). «Нас интересуют реакции корней на окружающую среду и взаимодействие между корнями и надземной частью растения, но было трудно найти данные, которые помогли бы нам понять или представить корни в моделях. FRED помогает решить эту проблему."
FRED Версия 1 подробно описана в недавно опубликованной статье в журнале New Phytologist «Глобальная база данных экологии Fine-Root для решения подземных задач в области экологии растений».
Люк МакКормак, эколог растений из Университета Миннесоты, который помогал проектировать и создавать FRED, сказал: «Одна из наших самых больших целей - понять, как корневой признак изменится, когда вы перейдете из холодной экосистемы. в жаркую тропическую или из действительно плодородной почвы в бедную питательными веществами почву."
Изучение всей матрицы экологии растений может привести к открытиям, касающимся общего здоровья растений, накопления углерода, выживания сельскохозяйственных культур в условиях засухи и даже того, как лучше всего спроектировать растения для поглощения питательных веществ или воды, объяснил Иверсен.
FRED работает над тем, чтобы объединить эти данные и позволить исследователям увидеть, где необходимо заполнить пробелы. Хотя ORNL возглавляет проект, Иверсен отмечает, что FRED является результатом сотрудничества в Соединенных Штатах и на международном уровне. Исследователи надеются, что выпуск FRED побудит ученых-растителей представить еще больше данных.
"У нас все еще есть пробелы в понимании процессов, происходящих на нашем заднем дворе", - сказал Маккормак. «Например, у нас есть измерения белых дубов в Теннесси, но у нас нет данных, чтобы узнать, как этот конкретный вид может вести себя в другой среде, такой как Южная Джорджия, Миннесота или Мэн».
Больше данных=лучшие прогнозы
Сбор и распространение данных необходимы для прогнозирования того, как растения могут измениться в различных условиях. В то время как вид, вероятно, не исчезнет, если он подвергнется стрессу из-за нескольких сезонных засух или изменения температуры, он изменится и отреагирует на эти стрессы, отметил Маккормак. «Без дополнительных данных мы не можем сделать хороший прогноз относительно того, какими могут быть эти изменения - например, могут ли корни измениться, чтобы они стали медленнее или быстрее поглощать питательные вещества», - сказал он..
Сотрудничество с ORNL было важным для FRED, поскольку исследователи использовали опыт CCSI в области данных для помощи в сборе базы данных, включая документы с инструкциями для пользователей и презентацию веб-сайта. Иверсен возглавляет тему интегрированных наук об экосистемах в CCSI.
Команда FRED полагалась на стажера после окончания бакалавриата Шафера Пауэлла, который работает в лаборатории по программе, спонсируемой Окриджским институтом науки и образования (ORISE), для большей части задач по вводу данных. По словам Иверсена, Пауэлл недавно отпраздновал заполнение миллионной ячейки данных в FRED.
FRED изначально был назван «Фантастической базой данных по экологии корней» энтузиастом Пауэллом и другим исследователем, помогавшим проекту, Холли Вандер Стел. Название было изменено, чтобы отразить акцент проекта на недолговечных «тонких» корнях узкого диаметра, которые помогают растениям поглощать необходимую воду и питательные вещества. Но этот энтузиазм по поводу базы данных заразителен и подпитывается сотрудничеством исследователей с коллегами по всему миру.
FRED 'критический шаг'
«Хотя тонкие корни играют важную роль в функционировании экосистемы, тонкокорневые признаки недостаточно представлены в глобальных базах данных признаков», - отмечается в статье New Phytologist. «Это затруднило попытки проанализировать вариации признаков с тонкими корнями и связать их с функциями растений и условиями окружающей среды в глобальном масштабе.
FRED представляет собой важный шаг на пути к количественной оценке вариаций мелкокорневых признаков в иерархии ветвления корней, а также между видами, биомами и экологическими градиентами, а также созданием платформы для будущих оценок компромиссов между корневыми растениями., лист и древесина, а также их роль в функционировании экосистемы», - добавили исследователи в журнальной статье.
Иверсен и ее коллеги-ученые также представили данные FRED в существующую глобальную базу данных признаков растений TRY, размещенную в Институте биогеохимии Макса Планка в Германии, которая каталогизирует в основном наземные характеристики растений. «Если вы можете анализировать корень, древесину и листья вместе, вы потенциально можете понять все растение или, в идеальном мире, даже можете предсказать, что будет делать корень, основываясь на характеристике листа или древесины», - сказал Иверсен.
Учёные планируют выпустить вторую версию FRED в 2018 году с дополнительными измерениями, признаками и некоторыми инструментами анализа.