不結球白菜生長(cháng)發(fā)育過(guò)程中表型變化AgriPheno訂閱號專(zhuān)注于持續更新植物生理生態(tài)、植物表型組學(xué)和基因組學(xué)、基因分型、智能化育種及應用、激光雷達探測技術(shù)及數據分析等領(lǐng)域，國內外最新資訊、戰略與政策導讀。本文節選了2023年7-9月推送的代表性文章，以供大家參閱。
植物逆境研究
在植物表型分析中利用現有成像工具具有巨大潛力，可以加快我們對植物功能的認識。這些工具可以建立基因功能與環(huán)境反應之間在代謝、生化和信號轉導過(guò)程等多個(gè)途徑上的聯(lián)系。在這些工具中，葉綠素熒光成像(ChlF Imaging)分析是一種快速、非侵入性、高成本效益和高靈敏度的方法。這種方法能精確估計光合作用的性能，并能檢測植物受到的各種脅迫影響。
? New Phytologist：干旱脅迫對擬南芥的兩個(gè)光系統都有影響
迄今為止，大多數干旱脅迫研究都集中在PSII及其天線(xiàn)上，而對完整光合機構特別是光系統I（PSI）的干旱響應關(guān)注較少。近期，發(fā)表在New Phytologist上的最新成果“Drought affects both photosystems in Arabidopsis thaliana”為植物相應干旱脅迫提供了新的見(jiàn)解。在本研究中，Chen Hu等人跟蹤了擬南芥在14天干旱處理期間光合機構的變化，結合生化和功能測量，進(jìn)一步的拓展了人們對干旱影響光合膜的認知。
植物根系研究
? New Phytologist：吸收根功能屬性相比葉片功能屬性更能預測生態(tài)系統功能
本研究通過(guò)分析溫帶森林木本植物四組植物功能屬性，評估地上地下功能屬性在群落水平是否協(xié)調，評估局域尺度環(huán)境條件對植物功能屬性協(xié)同變異的影響程度，然后量化葉片功能屬性和吸收根功能屬性，以及局域環(huán)境條件對森林生態(tài)系統兩個(gè)重要功能的貢獻。結果發(fā)現，吸收根功能屬性相比葉片功能屬性響應環(huán)境變化更明顯，也發(fā)現吸收根功能屬性相比葉片功能屬性和環(huán)境條件更能預測森林生態(tài)系統的地上碳儲量和林木生產(chǎn)力。表明，地下功能屬性在調節生態(tài)系統功能中有著(zhù)重要作用，該發(fā)現也有助于理解地下功能屬性響應環(huán)境變化。
? Functional Ecology：基于功能屬性研究根系功能生態(tài)學(xué)的挑戰與機遇
最近，Fort（Fort, 2023）在Functional Ecology發(fā)表的綜述“Grounding trait-based root functional ecology”，進(jìn)一步系統報道了基于功能屬性研究根系功能生態(tài)學(xué)的挑戰與機遇。
最近，意大利波爾扎諾自由大學(xué)Bricca等以海島演替序列為研究對象，從TRY數據庫中提取16個(gè)意大利中部海岸物種的SLA、H、SM等地上器官功能屬性，并從80個(gè)樣方中實(shí)測對應物種的SRL、RTD、BOWC等地下器官功能屬性，旨在闡明沙丘植物群落的地上器官功能屬性和地下器官功能屬性的變化規律，并通過(guò)群落加權平均值和功能豐富度的標準效應值驗證地中海沙丘群落地上器官功能屬性和地下器官功能屬性沿脅迫梯度是否存在協(xié)調響應。
植物表型研究方法/方案
? 社論：人工智能、傳感器和機器人技術(shù)在植物表型和精準農業(yè)中的應用
人工智能和機器人技術(shù)已越來(lái)越多地融入植物保護、施肥和收割中，以追求更高的食品質(zhì)量和產(chǎn)量。各種人工智能方法、智能農業(yè)機器人和設備已被證明在實(shí)驗室和田間都是有效的。在實(shí)際農業(yè)生產(chǎn)中部署這些方法和機器人，同時(shí)以更低的成本實(shí)現整個(gè)過(guò)程，這對研究人員和農業(yè)行業(yè)來(lái)說(shuō)都是即將到來(lái)的挑戰。此外，包括空地聯(lián)合在內的多機器人協(xié)作將塑造一個(gè)更好的智能農業(yè)系統，并為未來(lái)的農業(yè)建設一個(gè)可持續和循環(huán)的農業(yè)系統。
? 講座回顧│澤泉云課堂23年7月第2講：基于多模態(tài)成像的表型組學(xué)技術(shù)研究及應用
2023年7月26日下午，澤泉云課堂系列講座(2023年7月第2講)，特邀中科院遺傳發(fā)育研究所-澤泉表型技術(shù)中心高級工程師胡偉娟博士為大家帶來(lái)了《基于多模態(tài)成像的表型組學(xué)技術(shù)研究及應用》的分享內容。
激光雷達/光譜研究
? 利用熱成像和光化學(xué)反射指數（PRI）檢測小麥對CO2升高和干旱的響應
本文設置了一個(gè)高CO2富集實(shí)驗，在環(huán)境（400 ppm）和CO2升高（550 ppm）條件下栽培了三種基因型的小麥，并在溫室中暴露于水分充足和干旱的條件下研究此變化。試驗應用光合儀測量了植株葉片氣體交換參數，并計算了在干旱和水分充足的條件下暴露于環(huán)境和CO2升高條件下的葉片的RUE和潛熱通量（latent heat flux，LE）隨時(shí)間和冠層垂直剖面內不同深度的變化。在距離植株約1.5 m處使用SpecimIQ（Specim Ltd.）高光譜相機和FLIR T560相機拍攝高光譜圖像和熱圖像，以獲得PRI和葉片與其周?chē)諝庵g的溫差(?Tleaf-air)。試驗表明，PRI與RUE顯著(zhù)相關(guān)，?Tleaf-air與Tr顯著(zhù)相關(guān)，基因型之間無(wú)顯著(zhù)差異。
? 獼猴桃干物質(zhì)和可溶性固形物的無(wú)損預測：結合深度學(xué)習和化學(xué)計量學(xué)的近紅外光譜成像
本文介紹了一種用于獼猴桃分析的便攜式光譜成像裝置的開(kāi)發(fā)新案例，提出了一種結合深度學(xué)習和化學(xué)計量學(xué)的光譜圖像處理新策略來(lái)處理光譜圖像。深度學(xué)習用于在光譜圖像中檢測和定位收獲的水果，而化學(xué)計量學(xué)建模用于預測多種與水果質(zhì)量相關(guān)的特性，即干物質(zhì)和可溶性固形物含量，開(kāi)發(fā)的模型在不同果園和不同品種的水果上進(jìn)行了獨立驗證。
新觀(guān)點(diǎn)/新技術(shù)
? 新方法：通過(guò)葉綠素熒光成像高通量篩選海帶光合耐熱性
隨著(zhù)全球氣候變化，海洋熱浪的頻率和強度不斷增加，為了加快對海藻耐熱性的生態(tài)學(xué)和進(jìn)化的研究，澳大利亞科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種高效、可重復且廣泛適用的海藻熱指標。根據陸地T–F0方法，作者在多種海帶中應用了這一新方法，并確定了在不同葉狀體形態(tài)或厚度的物種中應用的幾個(gè)重要方法考慮因素。結果表明，這種高通量和高效的方法可以被廣泛采用，以支持全球對海藻耐熱性的生態(tài)學(xué)和進(jìn)化的研究，并代表了預測海藻對溫度變化反應的重要資源。
本研究通過(guò)IFC活力法、體外萌發(fā)法以及花粉管長(cháng)度分析，檢測了同一批冷凍保存下的番茄和辣椒花粉樣本，并對三種花粉質(zhì)量分析方法進(jìn)行了評估，以確定其是否適用于冷凍保存下的花粉的常規質(zhì)量控制。
光合儀可以測得環(huán)境空氣中的水分，但葉片本身的含水量可能對光合、氣孔、水分利用效率等的影響更為直接。芬蘭科學(xué)家開(kāi)發(fā)并測試了一種新方法，將GFS-3000光合熒光測量系統與光譜傳感器組合，在測量氣體交換的同時(shí)，可實(shí)時(shí)測量葉片的水分含量。研究使用了芬蘭NIRONE S2.0光譜傳感器，波長(cháng)1550-1950 nm，與德國WALZ的GFS-3000便攜式光合熒光測量系統，將光譜傳感器固定到光合儀葉室底部，進(jìn)行同步測量。由于GFS-3000的下葉室與上葉室一樣，都可透光，留出了可進(jìn)行光學(xué)測量的位置，使得這種組合測量的想法得以實(shí)現。
? Planta：適量硒對苜蓿的健康與代謝有積極作用，但高劑量有毒！
本文研究分析了葉面噴施不同濃度水平（0、100、200、300和500 mg/kg）亞硒酸鈉（Se（IV））對苜蓿生態(tài)生理、生化和轉錄機制的影響。研究結果強烈表明，濃度為100 mg/kg的Se（IV）對苜蓿的氧化還原代謝、光合作用和營(yíng)養具有積極的生物刺激作用。研究中，Fv/Fm和NPQ由德國WALZ公司生產(chǎn)的葉綠素熒光成像系統MAXI-IMAGING-PAM測量，qE和ΔP700max由德國WALZ公司生產(chǎn)的雙通道葉綠素熒光測量系統Dual-PAM-100測量，光合速率Pn，蒸騰速率E和胞間CO2濃度Ci由英國ADC公司生產(chǎn)的便攜式光合儀LCPro-SD測量。
生物技術(shù)/育種技術(shù)
? Nature Communications：中國研究團隊利用QTG-Miner系統解析玉米雄穗分枝數遺傳基礎
2023年8月26日，華中農業(yè)大學(xué)李林教授（通訊作者）等研究團隊在Nature Communications在線(xiàn)發(fā)表了題為“QTG-Miner aids rapid dissection of the genetic base of tassel branch number in maize”的研究論文，開(kāi)發(fā)了一種基于多組學(xué)數據的玉米數量性狀基因（QTGs）大規?？焖倏寺〖夹g(shù)QTG-Miner，定位克隆并驗證了7個(gè)雄穗分枝數QTL基因，構建了一個(gè)全面的TBN分子調控網(wǎng)絡(luò )，并揭示了現代玉米遺傳改良過(guò)程中雄穗分枝數性狀調控基因的馴化選擇和相關(guān)的生物學(xué)途徑。QTG-Miner是系統解析作物重要農藝性狀遺傳和分子機制的高效方法。
? 芥菜型油菜GTR基因的多重編輯實(shí)現良好抗性和產(chǎn)量的優(yōu)質(zhì)油菜開(kāi)發(fā)
本文利用CRISPR/Cas9基因編輯系統對芥菜型油菜中的多個(gè)硫代葡萄糖苷轉運蛋白家族基因進(jìn)行靶向編輯，開(kāi)發(fā)了具有低種子硫代葡萄糖苷含量（SGC）和高葉硫代葡萄糖苷含量（LGC）的理想株系，且具有良好的抗性和產(chǎn)量。
? Cell｜萬(wàn)建民團隊闡明秈稻粳稻雜種不育分子機理 破解水稻生殖隔離之謎
近期，萬(wàn)建民院士領(lǐng)銜的中國農業(yè)科學(xué)院和南京農業(yè)大學(xué)的科研團隊合作在Cell在線(xiàn)發(fā)表了題為A natural gene drive system confers reproductive isolation in rice的研究論文，鑒定到了控制秈稻粳稻之間雜交水稻花粉不育的主要位點(diǎn)RHS12，并解析了其作用機制、進(jìn)化規律和種質(zhì)資源中的分布。該研究為生殖隔離的遺傳基礎提供了機制理論，并為雜交水稻育種的戰略設計提供了技術(shù)見(jiàn)解。
? 浙江大學(xué)農學(xué)院王蒙岑課題組成功解析宿主植物與穗部微生物互作防御病原菌侵染的作用機制
該成果破譯了宿主植物與穗部微生物聯(lián)合防御病原菌侵染的分子機制，闡明了作物病害控殘減毒防控技術(shù)的新靶點(diǎn)，為作物抗病品種的分子設計改良提供了新資源。
? 講座回顧│澤泉云課堂23年7月第1講：分子育種平臺與技術(shù)應用
2023年7月14日上午，澤泉云課堂系列講座(2023年7月第1講)，特邀北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心王超博士為大家帶來(lái)《分子育種平臺與技術(shù)應用》的分享內容。
? Maize 6H-60K芯片在玉米實(shí)質(zhì)性派生品種鑒定中的應用，助力實(shí)質(zhì)性派生品種保護制度實(shí)施
北京市農林科學(xué)院玉米研究所基于388份國內外代表性玉米自交系的全基因組重測序數據，挖掘優(yōu)異變異位點(diǎn)，評估確定了高質(zhì)量、均勻分布的位點(diǎn)集(包含核基因組61,214個(gè)位點(diǎn)、葉綠體基因組68個(gè)位點(diǎn))，最終研制定型集品種鑒定、確權等多用途為一體的高密度芯片Maize 6H-60K。
植物生理生態(tài)研究
? Plant Physiology：x型和y型硫氧還蛋白在波動(dòng)光下維持光系統I受體側的氧化還原穩定
2023年8月22日，Plant Physiology在線(xiàn)發(fā)表了日本岡山大學(xué)和京都產(chǎn)業(yè)大學(xué)聯(lián)合署名的題為x- and y-type thioredoxins maintain redox homeostasis on photosystem I acceptor side under fluctuating light的文章?？蒲腥藛T以擬南芥(Arabidopsis thaliana)為研究對象，分析了trx x單突，trx y1 trx y2雙突和trx × trx y1 trx y2三重突變體的差異。對光合作用的詳細分析揭示了在低光下trx x和trx × trx y1 trx y2中光系統I(PSI)參數的變化。本研究中，葉綠素熒光和P700差示吸收，波動(dòng)光(fluctuating light: 5min低光54 μmol m?2 s?1;1min高光1455 μmolm?2 s?1, 三個(gè)循環(huán))模擬測量均通過(guò)DUAL-PAM-100雙通道調制葉綠素熒光儀完成。表征NDH活性的測量通過(guò)MINI-PAM-II完成。
IMAGING-PAM不僅僅是數據圖像化那么簡(jiǎn)單。它可以成像，但又不僅僅是成像，所以不能像數碼相機那樣隨意構圖，也不能產(chǎn)出光影效果俱佳的大片。它可以成像，但又不僅限于成像，它可以分辨葉片上肉眼不可見(jiàn)的差異，是測量植物光合生理的精密的科研工具，需要嚴謹對待。
? Nature Communications：厭氧呼吸產(chǎn)生的弱酸會(huì )抑制光合作用和有氧呼吸
該研究闡釋了光合生物中無(wú)氧發(fā)酵影響光合作用和呼吸作用的新機制，對于探索光合作用、有氧呼吸和無(wú)氧呼吸之間的化學(xué)偶聯(lián)，理解光合生物基本生理過(guò)程及優(yōu)化植物生長(cháng)和固碳能力具有重要意義。
? 葉綠素熒光成像系統IMAGING-PAM最新文獻應用速遞
其他
本文應用了一種新的評估方法，該方法基于非侵入性原位技術(shù)，結合了創(chuàng )新的呼吸測量系統、熒光測量和照片分析，以評估P. carnosa在環(huán)境波動(dòng)下的代謝反應和能量學(xué)。
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