WIWAM高通量植物表型平臺(tái)：干旱脅迫下擬南芥的生長(zhǎng)研究

WIWAM高通量植物表型成像系統(tǒng)由比利時(shí)SMO公司與Ghent大學(xué)VIB研究所研制生產(chǎn)，整合了LED植物智能培養(yǎng)、自動(dòng) 化控制系統(tǒng)、葉綠素?zé)晒獬上駵y(cè)量分析、植物熱成像分析、植物近紅外成像分析、植物高光譜分析、植物多光譜分 析、植物CT斷層掃描分析、自動(dòng)條碼識(shí)別管理、RGB真彩3D成像等多項(xiàng)*技術(shù)，以較優(yōu)化的方式實(shí)現(xiàn)大量植物樣 品——從擬南芥、玉米到各種其它植物的生理生態(tài)與形態(tài)結(jié)構(gòu)成像分析，用于高通量植物表型成像分析測(cè)量、植物脅迫響應(yīng)成像分析測(cè)量、植物生長(zhǎng)分析測(cè)量、生態(tài)毒理學(xué)研究、性狀識(shí)別及植物生理生態(tài)分析研究等。

室內(nèi)植物表型成像系統(tǒng)WIWAM Line

在有限的水分條件下，擬南芥的存活和生長(zhǎng)是不平等的

摘要：盡管耐旱性是植物研究的核心問題，但作物改良的可譯性相對(duì)較低。 在這里，我們報(bào)告了導(dǎo)致這種失敗的主要因素。 耐旱性主要基于在致死條件下提高的存活率進(jìn)行評(píng)分，正如我們的研究所證明的那樣，在田間經(jīng)常遇到的中度干旱下，不能預(yù)測(cè)*的生長(zhǎng)性能，因此不能預(yù)測(cè)生物量產(chǎn)量的增加。

耐旱性是農(nóng)業(yè)生物技術(shù)公司性狀研究的一個(gè)主要課題，已經(jīng)發(fā)表了數(shù)千篇關(guān)于這一主題的學(xué)術(shù)論文。因此，有大量關(guān)于提高耐旱性的報(bào)道，主要是在模式植物擬南芥中。經(jīng)典的基因工程方法涉及在植物用來避免和/或耐受干旱的機(jī)制中起作用的目標(biāo)基因，如氣孔導(dǎo)度或滲透壓的產(chǎn)生。這些基因通常通過表達(dá)譜鑒定，包括信號(hào)成分和下游效應(yīng)基因。然而，盡管在模式植物上的脅迫研究取得了明顯的成功，但這些發(fā)現(xiàn)很少應(yīng)用于改善作物。只有少數(shù)基因可以增強(qiáng)模式植物或作物的抗逆能力，從而提高產(chǎn)量，而它們的分子機(jī)制目前還只是部分了解。其中一個(gè)關(guān)鍵原因與模式和作物物種之間的遺傳和生理差異有關(guān)。

在擬南芥的研究中，耐旱性主要是在相當(dāng)嚴(yán)重的條件下進(jìn)行評(píng)估的，在這種條件下，植物在長(zhǎng)時(shí)間的土壤干燥后存活下來。然而，在溫帶氣候中有限的水分供應(yīng)很少導(dǎo)致植物死亡，但限制了生物量和種子產(chǎn)量。為了研究干旱條件下存活與生物量增加之間的關(guān)系，我們?cè)谳p度脅迫試驗(yàn)中分析了轉(zhuǎn)基因擬南芥植株的生長(zhǎng)情況，這些植株對(duì)致死脅迫的耐受性增強(qiáng)。對(duì)擬南芥基因進(jìn)行了廣泛的文獻(xiàn)篩選，以確定在功能獲得或喪失的情況下，擬南芥基因在對(duì)照條件下不受生長(zhǎng)懲罰的情況下，賦予擬南芥抗逆性。雖然干旱和滲透脅迫被優(yōu)先考慮，但其他相關(guān)的脅迫，包括鹽、熱和氧化脅迫，也被考慮在內(nèi)。最終選擇由25個(gè)基因組成，我們將其命名為“脅迫耐受基因"（STG），涉及脅迫耐受的各個(gè)方面，并且在野生型Columbia-0（Col-0）背景中。

圖1.在控制條件下，脅迫引起的生長(zhǎng)減少與花環(huán)大小無關(guān)

我們?cè)?5個(gè)STG品系中的15個(gè)品系中添加了兩個(gè)以前未分析過的額外品系（MYB90和tAPX），這些品系已被證明在嚴(yán)重干旱時(shí)能更好地存活（圖1a）。為了量化STG系的生長(zhǎng)開發(fā)了一種模擬相對(duì)溫和的干旱脅迫條件的分析方法，在這種條件下，隨著時(shí)間的推移，在土壤中生長(zhǎng)的植物的花環(huán)大小會(huì)被跟蹤。為了確保測(cè)試的再現(xiàn)性，我們還在一個(gè)自動(dòng)化平臺(tái)中使用了大量的植物，稱為“稱重成像和澆水機(jī)"（WIWAM；圖1b）。WIWAM實(shí)現(xiàn)了216株植物的日常成像和控制澆水。植物在對(duì)照條件下發(fā)芽和生長(zhǎng)，直到第1.04階段，之后繼續(xù)對(duì)對(duì)照植物澆水，但對(duì)受脅迫植物停止?jié)菜?，直到達(dá)到設(shè)定的脅迫水平，并隨后保持恒定。在野生型植物中，漸進(jìn)式土壤干燥導(dǎo)致生長(zhǎng)速率逐漸降低，最終導(dǎo)致花環(huán)面積減少30–40%（圖1c）。

值得一提的是使用條件性或組織特異性啟動(dòng)子8,9可能繞過觀察到的生長(zhǎng)減少。一般來說，植物的大小和存活率，至少在實(shí)驗(yàn)室條件下，被認(rèn)為是負(fù)相關(guān)的，因?yàn)樾⌒椭参镎趄v和用水較少。相反，在我們的研究中輕度干旱導(dǎo)致的生長(zhǎng)減少與對(duì)照條件下測(cè)得的STG大小無關(guān)（圖1d，e）

相關(guān)閱讀

室內(nèi)植物表型成像系統(tǒng)WIWAM XY

室內(nèi)植物表型成像系統(tǒng)WIWAM conveyor

室內(nèi)植物表型成像柜WIWAM Imaging Box

WIWAM植物表型成像定制系統(tǒng)

WIWAM高通量植物表型組學(xué)、植物表型成像、種質(zhì)資源研究系統(tǒng)-玉米研究

WIWAM高通量植物表型組學(xué)、植物表型成像、種質(zhì)資源研究系統(tǒng)-水稻線蟲

WIWAM高通量植物表型成像分析平臺(tái)應(yīng)用—真菌研究

WIWAM高通量植物表型成像分析平臺(tái)—植物病害

WIWAM高通量植物表型成像分析平臺(tái)-植物病害研究2

WIWAM高通量植物表型組學(xué)成像分析研究系統(tǒng)-玉米研究2

WIWAM高通量植物表型組學(xué)成像分析研究系統(tǒng)-擬南芥研究1

WIWAM高通量植物表型組學(xué)成像分析研究系統(tǒng)-擬南芥研究4

WIWAM高通量植物表型組學(xué)成像分析研究系統(tǒng)-擬南芥研究5

WIWAM高通量植物表型組學(xué)成像分析研究系統(tǒng)-擬南芥研究6

WIWAM高通量植物表型組學(xué)成像分析-擬南芥的全基因關(guān)聯(lián)圖譜

WIWAM高通量植物表型組學(xué)成像研究—擬南芥和玉米轉(zhuǎn)基因品系的功能分析

WIWAM高通量植物表型組學(xué)成像研究—作物高光譜功能分析

WIWAM高通量植物表型組學(xué)成像分析-輕度干旱條件下生長(zhǎng)反應(yīng)的遺傳結(jié)構(gòu)

WIWAM高通量植物表型組學(xué)成像研究—輕度干旱脅迫的葉片響應(yīng)

WIWAM植物表型分析平臺(tái)—光照和植物幾何形狀對(duì)葉片反射光譜的影響

WIWAM高通量植物表型組學(xué)成像平臺(tái)—擬南芥赤霉素研究

WIWAM高通量植物表型組學(xué)成像分析-高光譜小麥研究

作物、植物表型組學(xué)研究中的葉綠素?zé)晒獬上衲K