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所，例如，在屋頂綠化等城市綠化中。城市綠化被認為是解決日益嚴重的城市熱島現象的有效途徑之一。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，因此對觀賞植物進行深入的研究具有一定的重要性。根據顏色、形狀和大小等各種形態特征，觀賞植物表現出多樣的外觀。根據使用目的的不同，這些理想的形態特征會得到增強。其中，外觀變化是觀賞綠化植物在季節變化過程中的一個重要特征，特別是綠葉顏色的早期發生對于品種的選育來說是一種理想的特性。為了評估和分析觀賞植物形態特征的變化，必須建立一種客觀定量評估該特征的方法。多光譜相機由于其豐富的可見光波段被廣泛應用于植物的圖像拍攝中，但在觀賞綠化植物中鮮有報道。
 

2023年6月，Plant Phenomics在線發表了日本鳥取大學題為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據，建立了一種利用多光譜成像技術對葉片顏色變化進行表型分析的方法，并進行了基于表型的遺傳分析，以評估該方法在觀賞綠化植物中的應用潛力。
 

研究結果表明，對9個不同波長值進行主成分分析，其中第一主成分的貢獻值較大，其捕獲了可見光的范圍變化（圖1）。同時對植物顏色與植被指數的年表型進行相關性分析，第一主成分與可見光強度有著較高的相關性，表明了多光譜表型數據記錄了葉片顏色的遺傳變異（圖2）。此外該研究還進行了限制性內切位點的DNA測序，獲得了Phedimus spp.的第一個遺傳連鎖圖譜（圖3），QTL分析發現2個QTL與早期休眠斷裂有關。根據這2個qtl的基因型，將F1表型分為休眠早(晚)、綠葉(紅或棕)、高(低)營養生長表型（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行定量評價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例很少，本研究的新發現非常重要。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個不同波長值的PCA
 

圖22019年4月至2020年4月所有性狀的年度相關性
 

圖3 遺傳圖譜

圖42020年4月9日各基因型組內代表性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》（Plant Phenomics）是由南京農業大學和美國科學促進會（AAAS）合作創辦的英文學術期刊，于2019年1月正式上線發行。采用開放獲取形式，刊載植物表型組學交叉學科熱點領域具有突破性科研進展的原創性研究論文、綜述、數據集和觀點。具體范圍涵蓋高通量表型分析的最新技術，基于圖像分析和機器學習的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育種和農業實踐中的表型組學新應用，與植物表型相結合的分子生物學、植物生理學、統計學、作物模型和其他組學研究，表型組學相關的植物生物學等。期刊已被DOAJ、Scopus、PMC、EI和SCIE等數據庫收錄。科睿唯安JCR2022影響因子為6.5，位于農藝學、植物科學、遙感一區。中科院農藝學、植物科學一區，遙感二區，生物大類一區（TOP期刊）。2020年入選中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊項目。

說明：本文由《植物表型組學》編輯部負責組稿。

中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。

排版：張婕（南京農業大學）

審核：孔敏、王平