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C4植物表型研究案例
日期:2017-06-02 10:18:28

使用高通量表型系統(tǒng)和非破壞性成像被廣泛認(rèn)為是解決作物優(yōu)良基因-表型互作研究的關(guān)鍵技術(shù),此項技術(shù)可以允許科學(xué)家和育種者在不同的環(huán)境條件下開展作物的表型研究。許多表型研究已經(jīng)使用模式植物—擬南芥,進行了優(yōu)化實驗。下面我們主要以C4模式經(jīng)典植物—玉米與高粱為例,進行表型案例的具體分析。

 

玉米(學(xué)名:Zea mays)是一年生禾本科草本植物,是全世界總產(chǎn)量很高的重要糧食作物。近代美國為了擴大玉米產(chǎn)量,有私營公司研究出以基因重新排序的方式改造玉米生長與面對環(huán)境的能力,演變出產(chǎn)量巨大的超級玉米。用途:轉(zhuǎn)基因玉米被拿來當(dāng)作飼料喂牛、豬,以及制成玉米淀粉間接制成給人類食用的食品與調(diào)味料。用高通量成像系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地識別和區(qū)分玉米的生長相關(guān)的特異性表型性狀。軟件提供用了強大而簡約的R腳本,以允許其他用戶的成像系統(tǒng)可以很容易地提取有用的數(shù)據(jù),從而減輕了表型篩選的瓶頸,更快進行重要作物的多種基因型后續(xù)分析。

 

玉米株型研究領(lǐng)域重點關(guān)注的參數(shù):植物冠層寬度、垂直高度、緊密度、對稱性、投影葉面積、空間體積、植物結(jié)構(gòu)、葉角度、節(jié)間長度、葉長

玉米對生物脅迫反應(yīng)的領(lǐng)域重點關(guān)注的參數(shù):垂直高度、投影葉面積、空間體積、葉顏色、葉病斑、植物結(jié)構(gòu)、葉角度、節(jié)間長度、葉長

玉米對非生物脅迫反應(yīng)的領(lǐng)域重點關(guān)注的參數(shù):整株相對含水量分布、植物結(jié)構(gòu)、葉角度、節(jié)間長度、葉長、垂直高度、投影葉面積、空間體積、葉顏色、投影葉面積、空間體積

玉米產(chǎn)量研究領(lǐng)域重點關(guān)注的參數(shù):植物冠層寬度、垂直高度、空間體積(生物量)、玉米軸直徑、玉米軸厚度、玉米種子成熟度、性狀。

玉米可以計算單葉葉長、葉朝向,如下圖。

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文章來源:Lloren, Cabrera-Bosquet et al., New Phytologist(2016)

上面這篇文章通過頂部和側(cè)面的3D成像,分析、提取出不同品種的玉米植株骨架數(shù)據(jù),可進一步計算包括葉傾角在內(nèi)的多種參數(shù)。

 

另外一項研究中,澳大利亞阿德萊德大學(xué)的PlantAccelerator?進行了高粱的表型研究,后者和玉米類似,同樣是C4植物。他們進行了不同濃度的N處理和控水處理,使用成像并發(fā)現(xiàn)與脅迫耐受性相關(guān)的參數(shù),例如晝夜葉卷曲和葉面積指數(shù)。使用不同光譜范圍的成像來監(jiān)測植物組成,葉綠素和水分含量。表型圖像分析準(zhǔn)確測量植物生物量。數(shù)據(jù)采集還獲得了不同高粱品種對實驗處理的響應(yīng),并建模。



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各項相關(guān)性分析,植株投影面積與生物量呈現(xiàn)正相關(guān)性。

 

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不同濃度N處理高粱的表型圖像(植株大小、顏色分析)


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干旱處理下高粱的表型(植株形態(tài)、生物量、葉面積、葉卷曲度)

 

 

 

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近紅外反射

(NIR)分析是水分含量和葉厚度的良好預(yù)測因子,與植物水分含量相關(guān)。

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顏色分析圖像顯示,葉面顏色和葉綠素含量相關(guān)

 

 

 

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如果是離體的穗,我們以水稻為例,可以精準(zhǔn)分離每一顆種子,再進一步做表型分析。



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如果是在體測量植物的穗,可以使用激光3D的方法,結(jié)合RGB成像,分型穗型、穗夾角等參數(shù)。

 

 

 

 

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