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Plant Biotechnology Journal|高通量作物表型技術(shù)助力小麥生長和產(chǎn)量相關(guān)性狀遺傳解析
小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物之一，為人類提供了大量的能量和蛋白質(zhì)。然而，小麥的產(chǎn)量受到許多復(fù)雜性狀的影響，如生長速度、生物量積累、抗逆能力等，這些性狀的遺傳基礎(chǔ)尚不清楚。為了解決這一難題，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楊萬能教授、李強(qiáng)教授和加拿大國家研究委員會(huì)等研究人員，利用高通量作物表型技術(shù)和全基因組關(guān)聯(lián)分析對一個(gè)包含288個(gè)小麥品系的群體進(jìn)行了系統(tǒng)的表型和基因型檢測，并在《Plant Biotechnology Journal》上發(fā)表了題為“Deciphering genetic basis of developmental and agronomic traits by integrating high-throughput optical phenotyping and genome-wide association studies in wheat”的研究論文（http://doi.org/10.1111/pbi.14104）。
高通量作物表型技術(shù)是一種非破壞性、高效率、高精度的測量植物形態(tài)和功能性狀的方法，可以通過采集植物的圖像提取和分析生長和產(chǎn)量相關(guān)的表型數(shù)據(jù)，如植株高度、葉面積、生長參數(shù)等。全基因組關(guān)聯(lián)分析是一種利用大規(guī)模分子標(biāo)記和表型數(shù)據(jù)，尋找標(biāo)記與性狀之間關(guān)聯(lián)性的方法，它可以揭示出控制性狀的數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTLs）和候選基因。
研究人員基于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物表型團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的高通量作物表型平臺，對小麥群體從幼苗期到灌漿期進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測，共獲取了190個(gè)圖像相關(guān)性狀（i-traits）和17個(gè)農(nóng)藝性狀。同時(shí)，他們對小麥群體進(jìn)行了全基因組重測序，獲得了1264萬個(gè)分子標(biāo)記。通過全基因組關(guān)聯(lián)分析，他們發(fā)現(xiàn)了8327個(gè)標(biāo)記-性狀關(guān)聯(lián)，并將其聚類為1605個(gè)QTLs，其中包括一些已知的基因或QTLs。他們還發(fā)現(xiàn)了277個(gè)多效QTLs，控制著不同生長階段的多個(gè)性狀，揭示了QTLs在小麥發(fā)育和產(chǎn)量形成中的時(shí)序動(dòng)態(tài)作用。其中一個(gè)與植株生長相關(guān)的候選基因被進(jìn)一步驗(yàn)證。此外，他們發(fā)現(xiàn)i-traits可以很好地預(yù)測產(chǎn)量相關(guān)性狀，如千粒重、穗粒數(shù)、籽粒數(shù)等。這為利用高通量表型技術(shù)進(jìn)行品種早期鑒定和篩選提供了可能性，從而加速小麥育種進(jìn)程。
該研究結(jié)合了高通量作物表型技術(shù)和全基因組關(guān)聯(lián)分析，探索了小麥生長和產(chǎn)量相關(guān)性狀的遺傳結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步揭示了遺傳位點(diǎn)對優(yōu)化小麥生長和產(chǎn)量的復(fù)雜和階段特異性貢獻(xiàn)。高通量作物表型技術(shù)在這篇文章中發(fā)揮了重要的作用，它不僅幫助作者揭示了小麥生長和產(chǎn)量相關(guān)性狀的遺傳基礎(chǔ)，還展示了表型技術(shù)在預(yù)測產(chǎn)量和加速育種方面的潛力。該工作為利用高通量作物表型技術(shù)進(jìn)行小麥遺傳分析和育種提供了一個(gè)成功的范例，為小麥育種和基因組學(xué)的發(fā)展提供了新的思路和方法。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李強(qiáng)教授、楊萬能教授、鄢文豪教授、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院高麗鋒教授為該論文通訊作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李強(qiáng)博士生高界、胡鑫為該論文共同第一作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楊萬能研究組、鄢文豪研究組和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院高麗鋒研究組共同參與了此項(xiàng)工作。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2020YFE0202300)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(2662020ZKPY005和2021ZKPY006)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32272039和U21A20205)、湖北省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(2021CFA059)和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)合作基金項(xiàng)目(SZYJY2022014)等項(xiàng)目的資助。
田間作物高通量表型檢測系統(tǒng)
田間作物高通量表型檢測系統(tǒng)集光電技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)田間小區(qū)作物表型參數(shù)全自 動(dòng)、無損、高通量準(zhǔn)確提取，可廣泛應(yīng)用于水稻、玉米、小麥、油菜、棉花等作物；系統(tǒng)整體包含田間龍門自動(dòng)傳動(dòng)單元、成像單元、控制采集/圖形數(shù)據(jù)處理單元，成像單元可搭載可見光成像傳感器(VISI)、紅外成像傳感器(IRI)、高光譜成像傳感器 (HYPSI)、激光雷達(dá)成像傳感器(LIDARI)等，通過不同的成像傳感器可獲取田間作物不同的表型性狀指標(biāo)，并且可定制化二級指標(biāo)參數(shù)，系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，適用于各種復(fù)雜的田間環(huán)境，并具有多項(xiàng)核心自主專利技術(shù)。
溫室盆栽高通量植物表型成像系統(tǒng)
溫室盆栽高通量植物表型成像系統(tǒng)集光電技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)水稻、玉米、小麥、油 菜、棉花、煙草、柑橘等盆栽植物表型參數(shù)全自動(dòng)、無損、高通量準(zhǔn)確提取。系統(tǒng)整體包括栽培單元、輸送單元、成像單元、 圖形工作站，根據(jù)用戶選配情況可在線獲取植物RGB可見光圖像(VISI)、遠(yuǎn)紅外圖像(FIRI)、近紅外圖像(NIRI)、熒光圖像 (FLUI)、高光譜圖像(HYPSI)、３D激光圖像(3D-LSI)、CT斷層圖像(CT-I)、多光譜圖像(MSI)，通過數(shù)據(jù)軟件分析可 得到盆栽植物的株高、株寬、葉片面積、葉片角度等株型參數(shù)、鮮重干重等生物量參數(shù)、分蘗參數(shù)，此外還可根據(jù)用戶需要定 制化感興趣的二級性狀參數(shù)。
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