PlantPathoRec: Sistema de recomendação para agentes de controlo biológico contra patógenos de plantas

Context

As doenças das culturas agrícolas causadas por bactérias e fungos representam uma ameaça significativa para a produção agrícola e para a segurança alimentar global. Estima-se que estas doenças possam causar perdas anuais de produtividade agrícola de cerca de 40% a nível mundial.

Tradicionalmente, o controlo destas doenças tem sido realizado através da utilização de pesticidas químicos. No entanto, estes apresentam impactos negativos relevantes no ambiente, na biodiversidade e na saúde humana, criando uma crescente necessidade de soluções mais sustentáveis.

Os agentes de controlo biológico (Biological Control Agents – BCAs), baseados em microrganismos benéficos capazes de inibir ou limitar o crescimento de patógenos de plantas, constituem uma alternativa promissora e ambientalmente sustentável para a proteção das culturas. Contudo, o desenvolvimento e identificação destes agentes de biocontrolo é frequentemente um processo complexo e moroso.

The project

O projeto PlantPathoRec surge para responder a este desafio através do desenvolvimento de um sistema de recomendação baseado em inteligência artificial e ciência de dados, capaz de identificar e sugerir microrganismos com potencial para controlar patógenos de plantas.

Para tal, o projeto irá integrar informação proveniente de múltiplas fontes, incluindo literatura científica e bases de dados microbiológicas, que será depois refinada através de técnicas de deep learning e machine learning. Estes dados serão organizados numa rede de conhecimento, que permitirá representar as relações entre microrganismos, patógenos e diferentes contextos biológicos. Com base nesta informação, serão desenvolvidos novos algoritmos capazes de recomendar potenciais agentes de controlo biológico, apoiando tanto a investigação científica como o desenvolvimento de soluções inovadoras para uma agricultura mais sustentável.

Objetivos do PlantPathoRec

O projeto PlantPathoRec tem como principal objetivo desenvolver uma plataforma digital inteligente capaz de recomendar agentes de controlo biológico eficazes contra patógenos de plantas.

Os objetivos específicos incluem:

Desenvolver novos conjuntos de dados estruturados sobre interações entre microrganismos e patógenos de plantas.
Integrar informações provenientes da literatura científica e de bases de dados de microbioma.
Criar uma rede de conhecimento que represente as relações entre microrganismos, patógenos e outras características biológicas.
Desenvolver novos algoritmos de recomendação, incluindo o algoritmo GSAR (Graph Sequence-Aware Recommendation).
Implementar uma plataforma online de recomendação acessível a investigadores e agricultores.

Este sistema permitirá:

A investigadores identificar novos microrganismos com potencial como agentes de biocontrolo.
A agricultores encontrar produtos comerciais de biocontrolo adequados para doenças específicas das culturas.

A participação do InPP

o InPP irá contribuir com:

Conhecimento especializado sobre agentes de controlo biológico (BCAs) e as suas aplicações na agricultura;
Experiência prática na interação entre microrganismos e patógenos de plantas;
Ligação ao setor agrícola e à indústria biotecnológica, incluindo empresas e produtores;
Apoio na validação da utilidade prática das recomendações geradas pela plataforma.

A experiência do InPP no desenvolvimento e aplicação de soluções de biocontrolo complementa as competências da equipa académica nas áreas de bioinformática, ciência de dados e sistemas de recomendação, permitindo criar uma plataforma com forte relevância científica e aplicabilidade no setor agrícola.

Esta colaboração entre investigação académica e um laboratório colaborativo orientado para a transferência de tecnologia é fundamental para garantir que os resultados do projeto respondem às necessidades reais do setor agrícola e agrobiotecnológico.

Expected impact

O PlantPathoRec tem impacto direto em quatro dimensões-chave:

The project also contributes to Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations, namely:

ODS 2 – Erradicar a Fome e promover a agricultura sustentável

Ao apoiar o desenvolvimento e adoção de soluções de controlo biológico mais sustentáveis, o PlantPathoRec contribui para:

melhorar a produtividade agrícola
reduzir perdas causadas por doenças
promover práticas agrícolas ambientalmente responsáveis.

Equipa e parcerias

FCiências.ID – Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL) / LASIGE – Computer Science and Engineering Research Centre — Entidade líder do projeto. Unidade de investigação com experiência nas áreas de ciência de dados, bioinformática e sistemas de recomendação, responsável pelo desenvolvimento científico e tecnológico da plataforma PlantPathoRec.

InnovPlantProtect (InPP) — Parceiro do projeto. CoLAB sediado em Elvas, com conhecimento especializado na área da proteção de culturas e do desenvolvimento de agentes de controlo biológico.

Financing

O PlantPathoRec é financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) no âmbito do Concurso de Projetos Exploratórios em Todos os Domínios Científicos 2023.