索爾克的一個獨特合作計畫利用被稱為SLEAP 的深度學習軟體來研究植物特性，從而加快開發能夠應對氣候變遷的植物。政府間氣候變遷專門委員會（IPCC）指出，碳清​​除對於應對氣候變遷和控制全球氣溫上升至關重要。為此，索爾克的科學家正在利用植物吸收二氧化碳的自然能力，加強植物的根系。這種優化旨在增加碳的儲存量並延長儲存時間。

索爾克研究所的科學家正在利用一款名為SLEAP 的人工智慧軟體來開發具有增強根系的植物，這些植物能夠捕獲和儲存更多的碳，與全球應對氣候變遷的努力一致。該工具大大提高了植物表型和基因型分析的效率和準確性，加快了有效碳封存植物的培育速度。資料來源：索爾克研究所

為了設計這些拯救氣候的植物，索爾克”利用植物計畫”（Harnessing Plants Initiative）的科學家們正在使用一種名為SLEAP的先進的新型研究工具–一種易於使用的人工智慧（AI）軟體，可以追蹤根系生長的多種特徵。 SLEAP 由索爾克研究員塔爾莫-佩雷拉（Talmo Pereira）創建，最初設計用於追蹤實驗室中的動物運動。現在，佩雷拉與植物科學家、索爾克同事沃夫岡-布施（Wolfgang Busch）教授合作，將SLEAP 應用於植物。

SLEAP 和sleap-roots 透過分析根的幾何形狀，預測植物根的不同部分如何相互連結。資料來源：索爾克研究所

在發表於《植物表型組學》（Plant Phenomics）的研究中，Busch 和Pereira 首次提出了一種使用SLEAP 分析植物根系表型的新方案–植物根系生長的深度和寬度、根系的龐大程度以及其他物理特性，而在使用SLEAP 之前，對這些表型的測量非常繁瑣。將SLEAP 應用於植物已使研究人員建立了迄今為止最廣泛的植物根系表型目錄。

此外，追蹤這些物理根系特徵有助於科學家找到與這些特徵相關的基因，以及多種根系特徵是由相同基因決定的還是獨立決定的。這樣，索爾克團隊就能確定哪些基因對他們的植物設計最有利。

“這次合作真正證明了索爾克科學的特殊性和影響力，」佩雷拉說。 “我們不只是’借用’不同學科的知識，而是真正把它們放在平等的地位上，以創造出比各部分之和更偉大的東西”。

左起Talmo Pereira、Elizabeth Berrigan 和Wolfgang Busch。資料來源：索爾克研究所

在使用SLEAP 之前，追蹤植物和動物的物理特徵需要耗費大量人力，減緩了科研進程。如果研究人員想要分析植物的影像，他們需要手動標記影像中屬於植物和不屬於植物的部分–逐幀、逐部分、逐像素。只有這樣，才能應用較早的人工智慧模型來處理影像，並收集有關植物結構的數據。

SLEAP 的獨特之處在於它同時使用了電腦視覺（電腦理解圖像的能力）和深度學習（訓練電腦像人腦一樣學習和工作的人工智慧方法）。這兩種方法的結合使研究人員能夠在不逐個像素移動的情況下處理圖像，而跳過中間的勞動密集型步驟，直接從圖像輸入跳到定義的植物特徵。

第一作者Elizabeth Berrigan 是Busch 實驗室的生物資訊分析師，她說：”我們創建了一個在多種植物類型中驗證過的強大協議，它減少了分析時間和人為錯誤，同時強調了可訪問性和易用性，而且不需要對實際的SLEAP 軟體進行任何修改。

在不修改SLEAP 基線技術的情況下，研究人員為SLEAP 開發了一個可下載的工具包，名為sleap-roots（可在此下載開源軟體）。有了sleap-roots，SLEAP 可以處理根系的生物特徵，如深度、質量和生長角度。

索爾克團隊在多種植物中測試了sleap-roots軟體包，其中包括大豆、水稻和油菜等作物，以及模式植物擬南芥–芥科開花雜草。在測試的各種植物中，他們發現基於SLEAP的新方法優於現有方法，註釋速度快1.5倍，訓練人工智慧模型的速度快10倍，在新數據上預測植物結構的速度快10倍，而且準確率與以前相同或更高。

這些表型數據，如植物根系在土壤中長得特別深，可以透過推論來了解形成這種特別深的根系的基因。

SLEAP 和sleap-roots 可自動偵測整個根系結構中的地標。資料來源：索爾克研究所

這一步驟–連結表型和基因型–對於索爾克的任務至關重要，即創造出能更持久地保持更多碳的植物，因為這些植物需要根系設計得更深、更強壯。實施這項精確且有效率的軟體將使”利用植物計畫”能夠以突破性的便捷和速度將理想的表型與目標基因連結起來。

「我們已經能夠創建迄今為止最廣泛的植物根系表型目錄，這確實加速了我們的研究，以創造出能應對氣候變遷的碳捕捉植物，」索爾克大學赫斯植物科學講座教授布施說。 “由於Talmo 專業的軟體設計，SLEAP 的應用和使用非常簡單，它將成為我實驗室未來不可或缺的工具。”

在創建SLEAP和sleap-roots時，可訪問性和可重複性是Pereira考慮的首要問題。由於軟體和sleap-ro ots工具包都是免費使用的，研究人員非常期待看到sleap- roots在世界各地的應用。他們已經開始與美國國家航空暨太空總署（美國國家航空暨太空總署）的科學家討論，希望利用該工具不僅幫助指導地球上的碳吸收植物，還能研究太空中的植物。

在索爾克，合作團隊還沒準備好解散–他們已經開始迎接新的挑戰，利用SLEAP 分析三維資料。在未來幾年中，SLEAP 和sleap-roots 的完善、擴展和共享工作仍將繼續，但其在索爾克”利用植物計劃”中的應用已經在加速植物設計，並幫助研究所對氣候變遷產生影響。

華為Pura 70零件已實現90%本土製造全國產化僅差一步編譯來源：ScitechDaily