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Mineral and the beanstalk
March 8, 2022

Mineral and the beanstalk

Unlocking the hidden magic of the world’s largest bean collection

Written by Elliott Grant, General Manager, Mineral at X

Note: A Spanish translation can be found at the bottom of this post

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In the old English fairytale, Jack and the Beanstalk, a poor boy trades a cow for magic beans that ultimately help him defeat a marauding giant. It’s a reasonable parable of agriculture today. The giant is the climate crisis, the cow is our unsustainable demand for animal-based protein, and the beans are…well, they’re beans.

As a kid growing up in London, I ate a lot of baked beans. What I didn't appreciate at the time is that they actually are quite magical. They’re highly nutritious — packed with nearly as much protein as beef in some cases. They’re natural nitrogen-fixers, boosting soil health and reducing the need for artificial fertilizers. From Colombia to the Congo, they can be grown all over the world, and will likely be a big part of feeding the world more sustainably.

Despite the essential role beans could play in our diets, we know very little about them. Modern farming practices mean that we grow and eat just a handful of varieties out of the thousands that exist. This lack of biodiversity leaves our food supply vulnerable to pests, diseases and a changing climate. As farmers worldwide battle to adapt to higher temperatures, severe droughts, weaker soils, and shorter growing seasons, the race to find more productive and climate-resilient crop varieties is only becoming more urgent.

Project Mineral’s mission is to develop new technologies that can help scale adoption of sustainable agriculture globally. Over the past year, we’ve been working with the Alliance of Bioversity International and CIAT, a non-profit, agricultural research organization, to accelerate their work to understand and uncover hidden crop traits within the world’s largest bean collection. The Alliance's team has been using Mineral’s technologies at their newly opened Future Seeds genebank in Colombia, which contains over 36,000 varieties of beans. The hope is that what the Alliance discovers with Mineral’s tools can be used to grow better beans for the world, faster.

“A bean sounds very trivial but it could be the solution to so many things...” - Andy Jarvis, Associate Director General at the Alliance, shares more about the potential for the Alliance and Mineral's work in this video 

Helping solve the phenotyping bottleneck with "Don Roverto"

Genebanks like Future Seeds work to protect humanity’s precious crop biodiversity - sourcing, preserving, curating, and studying thousands of different crop varieties. The challenge genebanks face, however, is that it can take decades to discover critical traits and varieties within their collections.  In fact, it took the Alliance nearly 30 years just to find the last drought resistant bean variety. This is because tracking the characteristics of plants and how they respond to their environments — a process called phenotyping — is slow, manual, and specialized.

Today, when most researchers phenotype plants, they carefully walk through fields, marking different plant traits with a notebook, pen and ruler. But imagine trying to eyeball how many beans are in a bean pod, or how long the leaves are, or how many flowers have blossomed. Now imagine doing that for thousands of plants, every week by hand, in the heat of summer. That’s the phenotyping bottleneck.

A crop breeder conducting manual crop phenotyping

An Alliance team member manually counting the number of beans in a bean pod

To help with this challenge, Mineral has been giving the Alliance's researchers tools to help them run more experiments and discover more crop traits. For the last year, Mineral’s rovers — nicknamed “Don Roverto” by the local team — have been gently rolling through the test fields outside Future Seeds, capturing imagery of each bean plant and using machine learning to identify traits such as leaf count, leaf area, leaf color, flower count, plant count and pod dimensions. The rover does this continuously for every plant in the field, and knows exactly where each plant is so it can return a week later and report back on how the plant’s doing.

Alliance researchers say the rover is already enabling them to measure crop traits with far greater speed, frequency, and accuracy than has been possible before. For example, they can now see how a bean plant is flowering — which can help them better understand how it will cope and continue to reproduce in response to different environmental stressors, like hotter temperatures and droughts. Previously, it was nearly impossible for researchers to track this because the different components of flowering are so subtle. Now researchers can capture flowering, as it’s happening.

The Mineral rover detecting different plant traits

The Mineral rover uses machine learning to instantly detect important crop traits such as plant size, leaf color, or flower count. The pods are brightly colored to make it easier to differentiate all the objects in the image - giving it this "disco vision" effect.  

Sharing what we learn with the world

A single gene in a rare bean variety has the potential to make the difference between an abundant harvest and a climate-induced calamity in a given part of the world. Mineral hopes to help accelerate the Alliance's ability to find those varieties — as well as share the information it uncovers for other organizations to access too.

The Alliance is a member organization of CGIAR, which alongside the Crop Trust, operates 11 genebanks globally. As part of CGIAR, the Alliance has a charter to make their research freely available so that others, be they a bean breeder in Kenya or a farming cooperative in Peru, can harness it too. That’s why the plant trait data collected by the Mineral rovers at Future Seeds will be made easily and freely available through databases like CGIAR’s GARDIAN and the Crop Trust’s GENESYS platform.

For now, Don Roverto is still out in the fields, collecting data on different bean crops and improving every day. But what it’s learning now could eventually help it go on to better map and understand different crops across a variety of CGIAR’s genebanks. The search for beans, in all their hidden magic, is hopefully just the beginning.

If you’re a genebank or another organization interested in partnering with the Mineral team, you can reach out to us here.

Inside the Future Seeds genebank

Inside the Alliance's genebank, which contains the world’s largest collection of beans

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Traducción española

Mineral y el tallo de frijol: Liberando la magia oculta de la colección de frijoles más grande del mundo

Escrito por Elliott Grant, Gerente de Project Mineral en X

En el viejo cuento de hadas inglés, Jack y las habichuelas mágicas, un pobre chico cambia una vaca por frijoles mágicos que en última instancia lo ayudan a derrotar a un gigante saqueador. Es una parábola razonable de la agricultura de hoy. El gigante es la crisis climática, la vaca es nuestra demanda insostenible de proteínas de origen animal, y los frijoles son…bueno, son frijoles.

Como alguien que creció en Londres, de niño comí muchos frijoles horneados. Lo que no apreciaba en ese momento, es que en realidad son bastante mágicos. Son altamente nutritivos y llenos de casi tanta proteína como la carne de res en algunos casos. Son fijadores naturales de nitrógeno, lo que mejora la salud del suelo y reduce la necesidad de fertilizantes artificiales. Desde Colombia hasta el Congo, se pueden cultivar en todo el mundo, y probablemente serán una gran parte de la alimentación del mundo de manera más sostenible.

A pesar del papel esencial que los frijoles podrían desempeñar en nuestras dietas, sabemos muy poco sobre ellos. Las prácticas agrícolas modernas significan que cultivamos y comemos sólo un puñado de variedades de las miles que existen. Esta falta de biodiversidad hace que nuestro suministro de alimentos sea vulnerable a plagas, enfermedades y un clima cambiante. A medida que los agricultores de todo el mundo luchan por adaptarse a temperaturas más altas, sequías más severas, suelos más débiles y temporadas de cultivo más cortas, la carrera por encontrar variedades de cultivo más productivas y resistentes al clima es cada vez más urgente.

La misión de Project Mineral es desarrollar nuevas tecnologías que puedan ayudar a escalar la adopción de la agricultura sostenible a nivel mundial. Durante el último año, hemos estado trabajando con Alliance for Bioversity International y CIAT, una organización de investigación agrícola sin fines de lucro, para acelerar su trabajo para comprender y descubrir rasgos ocultos de los cultivos dentro de la mayor colección de frijoles del mundo. El equipo de Alliance ha estado utilizando las tecnologías de Mineral en su banco de genes Future Seeds recientemente abierto en Colombia, que contiene más de 36.000 variedades de frijoles. La esperanza es que lo que descubran los investigadores de Alliance con las herramientas de Mineral pueda ser utilizado para cultivar mejores frijoles para el mundo, más rápido.

“Un frijol suena muy trivial, pero podría ser la solución a muchas cosas…". - Andy Jarvis, Director General Asociado en Alliance, comparte el potencial del trabajo de Alliance y Mineral en este video

Ayudando a resolver el cuello de botella del fenotipado con Don Roverto

Los bancos de genes, como Future Seeds, trabajan para proteger la preciosa biodiversidad de cultivos de la humanidad: abasteciendo, preservando, seleccionando y estudiando miles de variedades de cultivos diferentes. El desafío que enfrentan los bancos de genes, sin embargo, es que puede tomar décadas descubrir rasgos y variedades críticas dentro de sus colecciones. De hecho, Alliance tardó casi 30 años en encontrar la última variedad de frijol resistente a la sequía. Esto se debe a que el seguimiento de las características de las plantas y cómo responden a sus entornos, un proceso llamado fenotipado, es lento, manual y especializado.

Hoy, cuando la mayoría de los investigadores fenotipifican plantas, caminan cuidadosamente a través de campos, marcando diversos rasgos de la planta con un cuaderno, pluma y regla. Pero imagina tratar de ver cuántos frijoles hay en una vaina de frijoles, o cuánto tiempo tienen las hojas, o cuántas flores han florecido. Ahora imagina hacer eso para miles de plantas, cada semana a mano, en el calor del verano. Ese es el cuello de botella del fenotipado.

A crop breeder conducting manual crop phenotyping

Miembro del equipo de Alliance contando manualmente el número de frijoles en una vaina de frijol

Para ayudar con este desafío, Mineral ha estado dando herramientas a los investigadores de Alliance para ayudarlos a realizar más experimentos y descubrir más rasgos de los cultivos. Durante el último año, los rovers de Mineral, apodados "Don Roverto" por el equipo local, han estado rodando suavemente a través de los campos de prueba fuera de Future Seeds, capturando imágenes de cada planta de frijol y utilizando el aprendizaje automático para identificar rasgos como el recuento de hojas, área de hojas, color de las hojas, recuento de flores, recuento de plantas y dimensiones de las vainas. El rover hace esto continuamente para cada planta en el campo, y sabe exactamente dónde está cada planta para que pueda regresar una semana más tarde e informar sobre cómo está la planta.

Los investigadores de Alliance dicen que el rover ya les permite medir los rasgos de los cultivos con mucha mayor velocidad, frecuencia y precisión de lo que ha sido posible antes. Por ejemplo, ahora pueden ver cuándo la planta de frijol está floreciendo - lo que puede ayudarles a comprender cómo se enfrentará y continuará reproduciéndose en respuesta a diferentes factores ambientales estresantes, como temperaturas más altas y sequías. Anteriormente, era casi imposible para los investigadores medir esto porque los distintos componentes de la floración son muy sutiles. Ahora los investigadores pueden capturar el florecimiento de una planta de frijol mientras sucede.

The Mineral rover detecting different plant traits

El rover de Mineral utiliza el aprendizaje automático para detectar instantáneamente rasgos importantes del cultivo, como el tamaño de la planta, el recuento de hojas o los tiempos de floración.

Compartiendo lo aprendido con el mundo

Un solo gen en una variedad rara de frijol tiene el potencial de marcar la diferencia entre una cosecha abundante y una calamidad inducida por el clima en una determinada parte del mundo. Mineral espera ayudar a acelerar la capacidad de Alliance para encontrar esas variedades, así como compartir la información que descubre para que otras organizaciones también tengan acceso.

Alliance es una organización miembro del CGIAR, que junto con Crop Trust, opera 11 bancos de genes a nivel mundial. Como parte de CGIAR, Alliance tiene un estatuto para hacer que su investigación esté disponible libremente para que otros, ya sea un cultivador de frijoles en Kenia o una cooperativa agrícola en Perú, puedan aprovecharla también. Es por eso que los datos de rasgos vegetales recopilados por los rovers de Mineral en Future Seeds se pondrán a disposición de manera simple y gratuita a través de las bases de datos como GARDIAN de CGIAR y GENESYS de Crop Trust.

Por ahora, Don Roverto sigue en el campo, recopilando datos sobre diferentes cultivos de frijoles y mejorando cada día. Pero lo que está aprendiendo ahora podría eventualmente ayudarlo a mapear y comprender mejor los diferentes cultivos en una variedad de bancos genéticos de CGIAR. La búsqueda de frijoles, y toda su magia oculta, es con suerte sólo el comienzo.

Si sabes de un banco de genes u otra organización interesada en asociarse con el equipo de Mineral, puedes ponerte en contacto con nosotros aquí.

Inside the Future Seeds genebank

Dentro del banco de genes de Alliance, que contiene la colección más grande del mundo de frijoles.

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