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华中农大作物表型团队自主研发高通量CT-RGB成像系统
发布时间:2018-12-06

     核心提示:2018年10月30日,我校作物表型组学团队成功自主研发一套适合作物表型高通量提取的CT-RGB双模式成像系统,并成功应用于水稻分蘖发育遗传研究,相关成果发表在国际主流学术期刊《Journal of Experimental Botany》,这是作物表型团队继6月份水稻抗旱高通量表型技术发表在(Molecular Plant,2018, 11: 789-805)后在作物表型领域的又一次自主技术创新成果。

 

(通讯员:左兴)近日,我校作物表型组学团队成功自主研发一套高通量CT-RGB双模式成像系统,结合水稻核心种质资源和全基因组关联分析在水稻分蘖遗传研究方面获得新进展,相关成果以“Combining high-throughput micro-CT-RGB phenotyping and genome-wide association study to dissect the genetic architecture of tiller growth in rice”为题发表在国际主流学术期刊《Journal of Experimental Botany》。作物表型组研究团队通过结合微型CT和RGB成像技术,自主研制高通量CT-RGB双模式成像工程样机,实现大批量水稻分蘖生长动态活体观测,揭示了水稻分蘖生长过程的遗传结构,对水稻遗传改良具有重要指导作用。

水稻作为中国主粮之一,选择理想的株型结构,特别是理想的分蘖角度、分蘖数等分蘖性状,是提高水稻产量的重要因素。随着水稻功能基因组和分子育种的快速发展,如何快速检测数以千计的水稻材料是急需解决的问题。传统的水稻分蘖表型性状提取主要依靠人工完成,存在有损、低效、可重复性差等缺点,成为严重制约水稻功能基因组和水稻育种发展的瓶颈。

为了解决上述问题,作物表型组学团队成功开发一套micro-CT和RGB双模式高通量成像系统,快速活体获取高分辨率(最高可达30微米)水稻分蘖断层图片和总计75个水稻分蘖性状。基于GPU等加速技术,每天可检测大约310株水稻。此外,通过自主设计图像分析算法还可高通量获取大量人工无法量化的新性状,如分蘖面积、平均分蘖角度、分蘖面积增长速率等。并通过建模分析发现,相对于分蘖数,水稻分蘖面积与产量之间有更好的相关性。

基于水稻234个籼稻材料分蘖期(9个时间点)的大批量表型实验,获取总计739个性状,并结合全基因组关联分析共检测到402个显著影响水稻分蘖和产量的基因位点,包括一个已知与分蘖角度相关基因位点,TAC1。此外还发现两个与分蘖及产量相关的新基因位点,这将有利于未来水稻高产密植育种的研究。我们还发现有趣的现象,比如234个籼稻材料中分蘖衰老过快的材料一般产量较低且不抗旱,分蘖角度变化呈现先大后小趋势往往产量略高。

我校杨万能副教授为本文的通讯作者,我校吴迪博士生、郭子龙博士为本文的共同第一作者。该项研究成果获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金,及英国生物技术和生物科学研究理事会的资助。此外,该技术已于2018年11月获授中国发明专利(基于微型CT的水稻分蘖性状无损测量装置及测量方法,201510899754X),具有较好市场推广前景。

 

 

《Journal of Experimental Botany》论文链接:

https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/ery373/5149522?searchresult=1  

《Molecular Plant》论文链接:

https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(18)30126-6?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS1674205218301266%3Fshowall%3Dtrue

审核人:杨万能

 

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