0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

利用高通量多光学表型组技术术揭示玉米抗旱遗传机制

ExMh_zhishexues 来源:华中农业大学植物科学技 作者:华中农业大学植物 2021-06-30 15:11 次阅读

2021年6月24日,国际学术期刊Genome Biology 在线发表了华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室和湖北省洪山实验室代明球教授与杨万能教授为通讯作者的题为“Using high-throughput multiple optical phenotyping to decipher the genetic architecture of maize drought tolerance”的研究论文。

该研究利用高通量多光学表型组技术,对368份玉米自然群体材料在多个生长时期、正常浇水和干旱胁迫下的玉米表型进行连续无损检测,获得了丰富的与干旱胁迫响应相关的image-based traits (i-traits)。

结合GWAS分析鉴定到大量与干旱胁迫相关的候选基因和QTLs,构建了基因与i-traits关联网络,揭示了玉米抗旱的遗传基础以及驯化和改良中丢失的潜在抗旱位点,为玉米抗旱遗传改良和抗旱育种提供了新的基因资源和丰富的遗传“宝库”。

在世界范围内,玉米是重要的粮食作物,也是重要的饲料和工业原料。近年来,随着气候的变化无常,人口的不断增长,水资源逐渐紧缺,干旱也变得日益频繁。干旱是造成玉米减产的主要自然灾害,严重的干旱甚至会导致玉米颗粒无收,造成巨大损失。因此,如何有效的提高玉米的耐旱性,培育抗旱新品种是保障粮食安全的迫切需求。

玉米的抗旱研究离不开表型的观察和检测,但是由于“表型瓶颈”,即传统的干旱表型性状获取手段因为存在测量通量低、耗时费力、精度不高、经常破坏性测量等不足,目前已经不能满足蓬勃发展的植物抗逆基因组学研究的需求,严重阻碍了玉米抗旱资源的挖掘。

近年来,智能化、高通量、无损测量为主要特征的表型组学技术迅猛发展,使得多时空尺度表型检测成为可能,目前,该技术可实现对作物在室内和室外及全生育期表型的系统检测。

本研究利用368份玉米自然群体材料,分干旱和对照组,对玉米进行多光谱检测和图像的采集,获得多个时间点的光谱图像(10个时间点的RGB图像,4个时间点的高光谱图像,3个时间点的CT图像);结合自主研发的图像处理程序,分析并提取i-traits,最终获得上万个与干旱胁迫相关的i-traits。

通过筛选获得干旱胁迫相关的i-traits之后,利用全基因组关联(GWAS)分析鉴定到两千多个与干旱胁迫相关的候选基因;结合候选基因通路富集分析结果构建了基因和i-traits的关联网络。

为了验证候选基因在调控光谱表型和抗旱性上的生物功能,进一步从候选基因中筛选、确定了2个未知抗旱功能的基因ZmcPGM2(参与糖代谢)和ZmFAB1A(参与磷酸肌醇代谢)。基于突变体的研究表明,ZmcPGM2(参与糖代谢)和ZmFAB1A能够调控相应光谱表型并负调控玉米抗旱。

进一步对筛选获得的大量与干旱胁迫响应相关的候选基因和i-traits进行分析发现,这些候选基因和i-traits能够很好的预测玉米的干旱表型,预示着它们在玉米的抗旱育种改良中可能具有重要的应用价值,可作为潜在的生物标记。

综上所述,本研究通过高通量多光学表型收集和GWAS分析,鉴定到大量与干旱胁迫响应相关i-traits以及调控这些i-traits和抗旱性的候选基因,它们在玉米的抗旱育种中可能具有重要的应用价值。本研究拓宽了抗旱相关研究和基因挖掘的思路,为玉米抗旱遗传改良和抗旱育种提供了新的基因资源和丰富的遗传“宝库”。

华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室的博士生伍玺和信息学院冯慧老师为论文的共同第一作者,代明球教授和杨万能教授为共同通讯作者。

本研究得到了国家自然科学基金国际(地区)合作研究项目(32061143031)和面上项目(31770397、31800305)、国家重点研究发展计划(2016YFD0100101-18)、北京市杰出青年科学家计划(BJWZYJH01201910019026)和中央高校基础研究基金(2662020SKPY009,2662017PY058、2662017QD044、2662020ZKPY017、2662017QD044)的资助。

编辑:jq

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 图像采集
    +关注

    关注

    2

    文章

    279

    浏览量

    41061
  • 光学
    +关注

    关注

    3

    文章

    693

    浏览量

    35652
  • 智能化
    +关注

    关注

    15

    文章

    4398

    浏览量

    53954
  • 光谱检测
    +关注

    关注

    0

    文章

    7

    浏览量

    6612

原文标题:Genome Biology | 利用高通量多光学表型组技术揭示玉米抗旱遗传机制

文章出处:【微信号:zhishexueshuquan,微信公众号:知社学术圈】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    利用激光技术揭示了量子材料隐藏的特性

    某些材料具有被隐藏起来的理想特性,就像用手电筒在黑暗中照明一样,科学家可以用光来揭示这些特性。研究人员开发出一种先进的光学技术利用光来揭示
    的头像 发表于 03-21 06:35 98次阅读
    <b class='flag-5'>利用</b>激光<b class='flag-5'>技术</b><b class='flag-5'>揭示</b>了量子材料隐藏的特性

    知语云智能科技揭秘:光学干扰技术全景解读

    神秘领域的奥秘。 一、光学干扰技术的原理概述 光学干扰技术主要利用光的物理特性,通过特定的技术
    发表于 03-01 17:26

    高通量测序技术及原理介绍

    高通量测序技术是生物学领域中一种重要的分析工具,它可以快速、准确地测定DNA序列或RNA序列。高通量测序技术的出现,极大地促进了基因组学、转录组学以及生物信息学等领域的发展。本文将从
    的头像 发表于 02-03 14:46 890次阅读

    卫星通信:2023年加速发展,2024年值得期待

    三是高通量卫星。2023年2月,我国成功发射高轨高通量卫星——“中星26号”。“中星26号”是我国首颗超百Gbit/s容量的高通量卫星,是国内卫星互联网技术发展的一个重要里程碑。该卫星
    的头像 发表于 12-26 17:01 453次阅读
    卫星通信:2023年加速发展,2024年值得期待

    无人机载高光谱遥感使作物表型检测更加高效

    粮食短缺、人口增长和全球气候变化推动了提高作物产量的研究。田间作物表型能为作物生长及其与环境的关系提供了重要信息。以无人机(UAV)为代表的高通量近地遥感表型平台灵活、成本低、空间覆盖广,已成为获取田间
    的头像 发表于 11-13 13:35 213次阅读
    无人机载高光谱遥感使作物<b class='flag-5'>表型</b>检测更加高效

    如何利用微图案化芯片实现高通量细胞筛选中程序化药物添加

    活细胞的高通量筛选对于有效药物的发现、理解细胞进程的研究、以及推进个性化药物的安全检测至关重要。
    的头像 发表于 10-12 09:15 711次阅读
    如何<b class='flag-5'>利用</b>微图案化芯片实现<b class='flag-5'>高通量</b>细胞筛选中程序化药物添加

    存储新篇章:超越想象,打造全国产高通量NAS存储新未来!

    SmarStorC2000是一款基于全国产化平台的企业级高通量NAS存储产品,融合文件、对象等多种存储架构和存储协议,具备自主可控、创新RAID算法、自动快照保护、在线无损压缩、一键配置等多种特性。
    的头像 发表于 09-19 17:20 837次阅读
    存储新篇章:超越想象,打造全国产<b class='flag-5'>高通量</b>NAS存储新未来!

    原位可视化揭示钠-钾液态合金电池中的共沉积现象

    近日,厦门大学王鸣生教授课题组探索了Na-K合金负极中同时使用钠和钾的可能性,并通过原位光学显微镜(Operando OM)揭示了其工作机制
    的头像 发表于 08-28 09:59 709次阅读
    原位可视化<b class='flag-5'>揭示</b>钠-钾液态合金电池中的共沉积现象

    基于微流控的低成本空间转录组测序方法

    空间转录组学技术揭示组织精细解剖位置的组学工具。基于高通量测序的空间转录组学技术具有检测结果无偏移、使用门槛低等优势。
    的头像 发表于 08-24 09:08 653次阅读
    基于微流控的低成本空间转录组测序方法

    遗传算法的基本原理 基于遗传算法整定的PID控制

      遗传算法简称GA(Genetic Algorithms)是1962年由美国Michigan大学的Holland教授提出的模拟自然界遗传机制和生物进化论而成的一种并行随机搜索最优化方法。它将“优劣
    发表于 07-19 11:30 0次下载

    揭示新型主动光学传感器高光谱激光雷达辐射效应产生机制

    传感新品 【中国科学院空天信息创新研究院:揭示新型主动光学传感器高光谱激光雷达辐射效应产生机制】 近日,中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室牛铮研究员团队在新型主动光学
    的头像 发表于 06-22 08:46 322次阅读

    哈工大突破高通量超分辨显微成像难题

    超分辨成像技术的出现标志着成像领域对于光学衍射极限的突破,也极大地推动了生物医学领域的发展。利用超分辨技术,生物学家得以对病态细胞内的亚细胞结构进行精准的量化统计和直观的可视化分析。
    的头像 发表于 06-21 10:21 307次阅读
    哈工大突破<b class='flag-5'>高通量</b>超分辨显微成像难题

    利用惯性微流控技术实现微通道内非尺寸依赖的细胞可控三维聚焦

    微流控流式细胞术能够以高通量、连续流动的方式测量细胞流经检测区域时的荧光信号、光学图像和阻抗变化,可以更好地了解细胞功能,测量单个细胞的生物物理信息,以及表征大样本中的细胞异质性,为基础生物学研究和临床诊断提供了重要的工具。
    的头像 发表于 06-19 15:38 1106次阅读
    <b class='flag-5'>利用</b>惯性微流控<b class='flag-5'>技术</b>实现微通道内非尺寸依赖的细胞可控三维聚焦

    用于超高通量筛选的荧光偶联液滴微流控策略研究进展

    近十年来,荧光激活液滴分选技术(FADS)快速发展,已成为一种强大的超高通量筛选工具,广泛应用于酶、代谢产物和抗体筛选。
    的头像 发表于 06-05 14:17 659次阅读
    用于超<b class='flag-5'>高通量</b>筛选的荧光偶联液滴微流控策略研究进展

    北京基因组所开发出新型高通量单细胞多组学技术

    单细胞测序已成为生物医学领域的关键共性技术。然而,由于缺乏高效的手段降低“假单细胞率”,主流微流控平台的单通道细胞通量通常在1万细胞以下
    的头像 发表于 04-20 17:21 669次阅读