不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中表型變化AgriPheno訂閱號專注于持續(xù)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(yīng)用、激光雷達(dá)探測技術(shù)及數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，國內(nèi)外最新資訊、戰(zhàn)略與政策導(dǎo)讀。本文節(jié)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
? 葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)助力植物生物和非生物脅迫的早期檢測
在植物表型分析中利用現(xiàn)有成像工具具有巨大潛力，可以加快我們對植物功能的認(rèn)識。這些工具可以建立基因功能與環(huán)境反應(yīng)之間在代謝、生化和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程等多個途徑上的聯(lián)系。在這些工具中，葉綠素?zé)晒獬上?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光系統(tǒng)都有影響
迄今為止，大多數(shù)干旱脅迫研究都集中在PSII及其天線上，而對完整光合機(jī)構(gòu)特別是光系統(tǒng)I（PSI）的干旱響應(yīng)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(yīng)干旱脅迫提供了新的見解。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(jī)構(gòu)的變化，結(jié)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(rèn)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(yù)測生態(tài)系統(tǒng)功能
本研究通過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(diào)，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(tǒng)兩個重要功能的貢獻(xiàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，吸收根功能屬性相比葉片功能屬性響應(yīng)環(huán)境變化更明顯，也發(fā)現(xiàn)吸收根功能屬性相比葉片功能屬性和環(huán)境條件更能預(yù)測森林生態(tài)系統(tǒng)的地上碳儲量和林木生產(chǎn)力。表明，地下功能屬性在調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)功能中有著重要作用，該發(fā)現(xiàn)也有助于理解地下功能屬性響應(yīng)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(zhàn)與機(jī)遇
最近，F(xiàn)ort（Fort, 2023）在Functional Ecology發(fā)表的綜述“Grounding trait-based root functional ecology”，進(jìn)一步系統(tǒng)報道了基于功能屬性研究根系功能生態(tài)學(xué)的挑戰(zhàn)與機(jī)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(shù)據(jù)庫中提取16個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個樣方中實測對應(yīng)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(guī)律，并通過群落加權(quán)平均值和功能豐富度的標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)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(diào)響應(yīng)。
植物表型研究方法/方案
? 社論：人工智能、傳感器和機(jī)器人技術(shù)在植物表型和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
人工智能和機(jī)器人技術(shù)已越來越多地融入植物保護(hù)、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(nóng)業(yè)機(jī)器人和設(shè)備已被證明在實驗室和田間都是有效的。在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中部署這些方法和機(jī)器人，同時以更低的成本實現(xiàn)整個過程，這對研究人員和農(nóng)業(yè)行業(yè)來說都是即將到來的挑戰(zhàn)。此外，包括空地聯(lián)合在內(nèi)的多機(jī)器人協(xié)作將塑造一個更好的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，并為未來的農(nóng)業(yè)建設(shè)一個可持續(xù)和循環(huán)的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。
? 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(yīng)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?guī)砹恕痘诙嗄B(tài)成像的表型組學(xué)技術(shù)研究及應(yīng)用》的分享內(nèi)容。
激光雷達(dá)/光譜研究
? 利用熱成像和光化學(xué)反射指數(shù)（PRI）檢測小麥對CO2升高和干旱的響應(yīng)
本文設(shè)置了一個高CO2富集實驗，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(yīng)用光合儀測量了植株葉片氣體交換參數(shù)，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）隨時間和冠層垂直剖面內(nèi)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(jī)和FLIR T560相機(jī)拍攝高光譜圖像和熱圖像，以獲得PRI和葉片與其周圍空氣之間的溫差(?Tleaf-air)。試驗表明，PRI與RUE顯著相關(guān)，?Tleaf-air與Tr顯著相關(guān)，基因型之間無顯著差異。
? 獼猴桃干物質(zhì)和可溶性固形物的無損預(yù)測：結(jié)合深度學(xué)習(xí)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發(fā)新案例，提出了一種結(jié)合深度學(xué)習(xí)和化學(xué)計量學(xué)的光譜圖像處理新策略來處理光譜圖像。深度學(xué)習(xí)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(yù)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。
新觀點/新技術(shù)
? 新方法：通過葉綠素?zé)晒獬上窀咄亢Y選海帶光合耐熱性
隨著全球氣候變化，海洋熱浪的頻率和強(qiáng)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)家開發(fā)了一種高效、可重復(fù)且廣泛適用的海藻熱指標(biāo)。根據(jù)陸地T–F0方法，作者在多種海帶中應(yīng)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(yīng)用的幾個重要方法考慮因素。結(jié)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?qū)Ｔ迥蜔嵝缘纳鷳B(tài)學(xué)和進(jìn)化的研究，并代表了預(yù)測海藻對溫度變化反應(yīng)的重要資源。
本研究通過IFC活力法、體外萌發(fā)法以及花粉管長度分析，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(guī)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)家開發(fā)并測試了一種新方法，將GFS-3000光合熒光測量系統(tǒng)與光譜傳感器組合，在測量氣體交換的同時，可實時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1550-1950 nm，與德國WALZ的GFS-3000便攜式光合熒光測量系統(tǒng)，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現(xiàn)。
? 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(zhuǎn)錄機(jī)制的影響。研究結(jié)果強(qiáng)烈表明，濃度為100 mg/kg的Se（IV）對苜蓿的氧化還原代謝、光合作用和營養(yǎng)具有積極的生物刺激作用。研究中，F(xiàn)v/Fm和NPQ由德國WALZ公司生產(chǎn)的葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)MAXI-IMAGING-PAM測量，qE和ΔP700max由德國WALZ公司生產(chǎn)的雙通道葉綠素?zé)晒鉁y量系統(tǒng)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(tuán)隊利用QTG-Miner系統(tǒng)解析玉米雄穗分枝數(shù)遺傳基礎(chǔ)
2023年8月26日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李林教授（通訊作者）等研究團(tuán)隊在Nature Communications在線發(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，開發(fā)了一種基于多組學(xué)數(shù)據(jù)的玉米數(shù)量性狀基因（QTGs）大規(guī)模快速克隆技術(shù)QTG-Miner，定位克隆并驗證了7個雄穗分枝數(shù)QTL基因，構(gòu)建了一個全面的TBN分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并揭示了現(xiàn)代玉米遺傳改良過程中雄穗分枝數(shù)性狀調(diào)控基因的馴化選擇和相關(guān)的生物學(xué)途徑。QTG-Miner是系統(tǒng)解析作物重要農(nóng)藝性狀遺傳和分子機(jī)制的高效方法。
? 芥菜型油菜GTR基因的多重編輯實現(xiàn)良好抗性和產(chǎn)量的優(yōu)質(zhì)油菜開發(fā)
本文利用CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)對芥菜型油菜中的多個硫代葡萄糖苷轉(zhuǎn)運蛋白家族基因進(jìn)行靶向編輯，開發(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｜萬建民團(tuán)隊闡明秈稻粳稻雜種不育分子機(jī)理 破解水稻生殖隔離之謎
近期，萬建民院士領(lǐng)銜的中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的科研團(tuán)隊合作在Cell在線發(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RHS12，并解析了其作用機(jī)制、進(jìn)化規(guī)律和種質(zhì)資源中的分布。該研究為生殖隔離的遺傳基礎(chǔ)提供了機(jī)制理論，并為雜交水稻育種的戰(zhàn)略設(shè)計提供了技術(shù)見解。
? 浙江大學(xué)農(nóng)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(jī)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(jī)制，闡明了作物病害控殘減毒防控技術(shù)的新靶點，為作物抗病品種的分子設(shè)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(yīng)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?guī)怼斗肿佑N平臺與技術(shù)應(yīng)用》的分享內(nèi)容。
? Maize 6H-60K芯片在玉米實質(zhì)性派生品種鑒定中的應(yīng)用，助力實質(zhì)性派生品種保護(hù)制度實施
北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究所基于388份國內(nèi)外代表性玉米自交系的全基因組重測序數(shù)據(jù)，挖掘優(yōu)異變異位點，評估確定了高質(zhì)量、均勻分布的位點集(包含核基因組61,214個位點、葉綠體基因組68個位點)，最終研制定型集品種鑒定、確權(quán)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光下維持光系統(tǒng)I受體側(cè)的氧化還原穩(wěn)定
2023年8月22日，Plant Physiology在線發(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(xì)分析揭示了在低光下trx x和trx × trx y1 trx y2中光系統(tǒng)I(PSI)參數(shù)的變化。本研究中，葉綠素?zé)晒夂蚉700差示吸收，波動光(fluctuating light: 5min低光54 μmol m?2 s?1;1min高光1455 μmolm?2 s?1, 三個循環(huán))模擬測量均通過DUAL-PAM-100雙通道調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x完成。表征NDH活性的測量通過MINI-PAM-II完成。
? 如何選擇葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，看這篇文章就夠了~
IMAGING-PAM不僅僅是數(shù)據(jù)圖像化那么簡單。它可以成像，但又不僅僅是成像，所以不能像數(shù)碼相機(jī)那樣隨意構(gòu)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的差異，是測量植物光合生理的精密的科研工具，需要嚴(yán)謹(jǐn)對待。
? Nature Communications：厭氧呼吸產(chǎn)生的弱酸會抑制光合作用和有氧呼吸
該研究闡釋了光合生物中無氧發(fā)酵影響光合作用和呼吸作用的新機(jī)制，對于探索光合作用、有氧呼吸和無氧呼吸之間的化學(xué)偶聯(lián)，理解光合生物基本生理過程及優(yōu)化植物生長和固碳能力具有重要意義。
? 葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)IMAGING-PAM最新文獻(xiàn)應(yīng)用速遞
其他
本文應(yīng)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(jié)合了創(chuàng)新的呼吸測量系統(tǒng)、熒光測量和照片分析，以評估P. carnosa在環(huán)境波動下的代謝反應(yīng)和能量學(xué)。
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