植物育種表型篩選技術(shù)方案與案例分享

 

應(yīng)用案例
    浙江大學(xué)、浙江農(nóng)科院、農(nóng)業(yè)部光譜學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員2018年4月共同發(fā)表在《Frontiers in Plant Science》雜志的文章中，應(yīng)用非破壞性的Specim高光譜成像技術(shù)、FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)來評估轉(zhuǎn)基因（TG）玉米與其親本野生型（WT）之間草甘膦耐受性的差異，并建立表型檢測模型。
    轉(zhuǎn)基因草甘膦耐受（TG）玉米和相應(yīng)的野生型（WT）在達(dá)到3葉期（第二葉完全膨脹，第三葉出現(xiàn)）時，用水或草甘膦噴灑植物。處理后第2、4、6和8天評估草甘膦處理效果，記錄RGB成像、高光譜成像和葉綠素?zé)晒獬上駭?shù)據(jù)。

 

    TG玉米對草甘膦具有高度耐受性，并且在噴灑草甘膦8天后未顯示出明顯的損傷，但是草甘膦處理8天后，WT的葉子出現(xiàn)褪綠和壞死。

 

    基因型（TG與WT）和處理（水與草甘膦）之間存在明顯的平均光譜反射值差異。在400-780nm的可見光區(qū)域中，用草甘膦處理的WT植物在6天后具有比草甘膦處理的TG植物和WT對照植物更高的光譜反射值；在NIR區(qū)域（780-950nm），草甘膦處理的WT植物在6天后具有比草甘膦處理的TG和WT對照植物更低的反射值。

 

    高光譜圖像隨草甘膦處理時間不同呈現(xiàn)不同變化，草甘膦處理早期TG和WT之間沒有明顯的形態(tài)變化（RGB成像），然而，對于高光譜成像，WT和TG植物之間的差異是顯而易見的，從藍(lán)色到紅色顯示草甘膦脅迫程度逐漸增加。

 

 

    草甘膦處理影響WT玉米的PS II光化學(xué)效率，反映在顯著降低的Fv / Fm，qL，Qp和QY（圖4A）。對于TG玉米，草甘膦處理與WT對照相似（圖4B）。在WT和TG玉米之間觀察到Fv / Fm的局部變化（圖5）。在WT玉米對草甘膦的響應(yīng)過程中Fv / Fm降低，在草甘膦施用于WT玉米6天后第一次檢測到癥狀。

 

    表1顯示了校準(zhǔn)和預(yù)測集獲得的識別精度。葉綠素?zé)晒庠诓莞熟⑻幚?天后，校準(zhǔn)組準(zhǔn)確值為97.78％，預(yù)測值為93.33％。高光譜的預(yù)測能力也是可接受的，校準(zhǔn)集準(zhǔn)確值為91.11％。建立在高光譜信息和葉綠素?zé)晒鈪��?shù)上的檢測模型在施用草甘膦8天時獲得相同的識別結(jié)果。結(jié)果表明耐草甘膦的轉(zhuǎn)基因玉米可能是在草甘膦處理后6天鑒定。
    高光譜成像和葉綠素?zé)晒獬上窬�可用于篩選和鑒定表型，以促進(jìn)植物育種。今后，應(yīng)進(jìn)一步研究更多植物，建立更精確、更穩(wěn)健的檢測模型，并將其應(yīng)用于植物育種工作中。此外，大量的表型以及分類（易感與抗性）預(yù)測的有效性應(yīng)當(dāng)被研究以證明基于高光譜和葉綠素?zé)晒獬上竦暮Y選的潛力。
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