Plant Phenomics | 基于地基激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)篩選不同基因型中
具有優(yōu)良生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)特征的銀杏單株

森林是最大、分布最廣、最復(fù)雜的陸地生態(tài)系統(tǒng)，在維持生態(tài)平衡和改善環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用。人工林是森林生態(tài)系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，為社會(huì)和經(jīng)濟(jì)提供了廣泛的利益，而銀杏是中國(guó)主要的人工林樹(shù)種之一，栽培歷史悠久，具有百余個(gè)優(yōu)良品種，在世界各地廣泛種植。在人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)理念下，銀杏林中具有優(yōu)良特性的單株樹(shù)木受到了育種者的關(guān)注。為了提高和保持長(zhǎng)期生產(chǎn)力，在制定育種策略時(shí)，準(zhǔn)確快速和高通量地獲取表型特征至關(guān)重要。同時(shí)，遺傳多樣性也是一個(gè)必須考慮的重要問(wèn)題，特別是對(duì)于沒(méi)有種子來(lái)源信息的人工林。
 

2023年9月，Plant Phenomics 在線發(fā)表了南京林業(yè)大學(xué)題為Screening of Ginkgo Individuals with Superior Growth Structural Characteristics in Different Genetic Groups Using Terrestrial Laser Scanning (TLS) Data 的研究論文。
 

本研究首先利用簡(jiǎn)單序列重復(fù)標(biāo)記對(duì)102棵單株銀杏進(jìn)行了遺傳多樣性和種群結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，然后利用地基激光雷達(dá)對(duì)這些銀杏表型進(jìn)行了高質(zhì)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，提取了不同銀杏樹(shù)的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)特征，最后利用主成分分析法（PCA）對(duì)單棵樹(shù)進(jìn)行了綜合評(píng)估，篩選出具有優(yōu)良結(jié)構(gòu)特征的銀杏單株。
 

研究結(jié)果表明，102棵銀杏單株具有較高的遺傳多樣性，獲得了114個(gè)等位基因，可以將其分為3個(gè)類群，6個(gè)亞類群，不同單株銀杏之間存在著較大的遺傳差異（圖1）。利用了地基激光雷達(dá)掃描，獲得了高質(zhì)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)單株樹(shù)進(jìn)行了有效分割（圖2）。對(duì)單株銀杏樹(shù)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得了較高質(zhì)量的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)，TLS數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有良好的一致性（圖3），然后對(duì)13種生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析表明，所有生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)特征均呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)性（圖4）。最后利用主成分分析法對(duì)3個(gè)遺傳組銀杏的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，從中篩選出了11棵具有優(yōu)良生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)特征的銀杏單株。
 

該研究將TLS高通量表型采集技術(shù)應(yīng)用于銀杏人工林的選育當(dāng)中，這在以往的研究中較為少見(jiàn)。結(jié)合表型篩選，篩選出的優(yōu)良單株既能保留表型優(yōu)勢(shì)，又能保留遺傳多樣性。研究結(jié)果揭示了地基激光雷達(dá)在單株樹(shù)木高通量表型特征采集和分析方面的潛力和可行性，以及遙感技術(shù)和遺傳實(shí)驗(yàn)相結(jié)合進(jìn)行分析的前景。
 

圖1102棵銀杏單株的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)
 

圖2基于TLS數(shù)據(jù)的單株銀杏樹(shù)的分割結(jié)果
 

圖4生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)間的相關(guān)系數(shù)

論文鏈接：

‍https://spj.science.org/doi/10.34133/plantphenomics.0092

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924271620303130

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‍https://spj.science.org/doi/10.34133/plantphenomics.0091

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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(guó)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(kāi)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(kù)收錄。科睿唯安JCR2022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(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃高起點(diǎn)新刊項(xiàng)目。

說(shuō)明：本文由《植物表型組學(xué)》編輯部負(fù)責(zé)組稿。
中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。
撰稿：嚴(yán)鑫
排版：向雪薇
審核：孔敏、王平