綠色植物Phedimus spp.春季外觀的多光譜表型和遺傳分析

Plant Phenomics | 綠色植物Phedimus spp.春季外觀的多光譜表型和遺傳分析

觀賞植物被用于各種場(chǎng)所，例如，在屋頂綠化等城市綠化中。城市綠化被認(rèn)為是解決日益嚴(yán)重的城市熱島現(xiàn)象的有效途徑之一。屋頂綠化正在廣泛普及，特別是在種植面積有限的城市地區(qū)，因此對(duì)觀賞植物進(jìn)行深入的研究具有一定的重要性。根據(jù)顏色、形狀和大小等各種形態(tài)特征，觀賞植物表現(xiàn)出多樣的外觀。根據(jù)使用目的的不同，這些理想的形態(tài)特征會(huì)得到增強(qiáng)。其中，外觀變化是觀賞綠化植物在季節(jié)變化過程中的一個(gè)重要特征，特別是綠葉顏色的早期發(fā)生對(duì)于品種的選育來說是一種理想的特性。為了評(píng)估和分析觀賞植物形態(tài)特征的變化，必須建立一種客觀定量評(píng)估該特征的方法。多光譜相機(jī)由于其豐富的可見光波段被廣泛應(yīng)用于植物的圖像拍攝中，但在觀賞綠化植物中鮮有報(bào)道。
 

2023年6月，Plant Phenomics在線發(fā)表了日本鳥取大學(xué)題為Multispectral Phenotyping and Genetic Analyses of Spring Appearance in Greening Plant, Phedimus spp.的研究論文。
 

本研究首先基于2019年和2020年4月拍攝的多光譜圖像數(shù)據(jù)，建立了一種利用多光譜成像技術(shù)對(duì)葉片顏色變化進(jìn)行表型分析的方法，并進(jìn)行了基于表型的遺傳分析，以評(píng)估該方法在觀賞綠化植物中的應(yīng)用潛力。
 

研究結(jié)果表明，對(duì)9個(gè)不同波長(zhǎng)值進(jìn)行主成分分析，其中第一主成分的貢獻(xiàn)值較大，其捕獲了可見光的范圍變化（圖1）。同時(shí)對(duì)植物顏色與植被指數(shù)的年表型進(jìn)行相關(guān)性分析，第一主成分與可見光強(qiáng)度有著較高的相關(guān)性，表明了多光譜表型數(shù)據(jù)記錄了葉片顏色的遺傳變異（圖2）。此外該研究還進(jìn)行了限制性內(nèi)切位點(diǎn)的DNA測(cè)序，獲得了Phedimus spp.的第一個(gè)遺傳連鎖圖譜（圖3），QTL分析發(fā)現(xiàn)2個(gè)QTL與早期休眠斷裂有關(guān)。根據(jù)這2個(gè)qtl的基因型，將F1表型分為休眠早(晚)、綠葉(紅或棕)、高(低)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)表型（圖4）。
 

該研究在觀賞綠化植物中采用的多光譜圖像分析方法為植物顏色等表型進(jìn)行定量評(píng)價(jià)和遺傳分析提供了可能性。由于觀賞植物的多光譜圖像分析實(shí)例很少，本研究的新發(fā)現(xiàn)非常重要。該方法也適用于其他多年生觀賞植物。
 

圖12019年和2020年F1分離群體中9個(gè)不同波長(zhǎng)值的PCA
 

圖22019年4月至2020年4月所有性狀的年度相關(guān)性
 

圖3 遺傳圖譜

圖42020年4月9日各基因型組內(nèi)代表性F1植株外觀

論文鏈接：

https://doi.org/10.34133/plantphenomics.0063

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《植物表型組學(xué)》（Plant Phenomics）是由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)（AAAS）合作創(chuàng)辦的英文學(xué)術(shù)期刊，于2019年1月正式上線發(fā)行。采用開放獲取形式，刊載植物表型組學(xué)交叉學(xué)科熱點(diǎn)領(lǐng)域具有突破性科研進(jìn)展的原創(chuàng)性研究論文、綜述、數(shù)據(jù)集和觀點(diǎn)。具體范圍涵蓋高通量表型分析的最新技術(shù)，基于圖像分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育種和農(nóng)業(yè)實(shí)踐中的表型組學(xué)新應(yīng)用，與植物表型相結(jié)合的分子生物學(xué)、植物生理學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、作物模型和其他組學(xué)研究，表型組學(xué)相關(guān)的植物生物學(xué)等。期刊已被DOAJ、Scopus、PMC、EI和SCIE等數(shù)據(jù)庫收錄�？祁Ｎò睯CR2022影響因子為6.5，位于農(nóng)藝學(xué)、植物科學(xué)、遙感一區(qū)。中科院農(nóng)藝學(xué)、植物科學(xué)一區(qū)，遙感二區(qū)，生物大類一區(qū)（TOP期刊）。2020年入選中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃高起點(diǎn)新刊項(xiàng)目。

說明：本文由《植物表型組學(xué)》編輯部負(fù)責(zé)組稿。

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排版：張婕（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）

審核：孔敏、王平