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大麥表型經(jīng)典研究案例
日期:2017-06-02 10:57:56

大麥(學(xué)名:Hordeum vulgare L.),俗稱三月黃,禾本科植物,是一種主要的糧食和飼料作物,也是釀造啤酒的主要原料。作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要谷類作物,其總產(chǎn)量排在玉米、水稻、小麥之后列第4位,種植面積約達53萬平方公里,在我國也曾是栽培面積達一億畝以上的重要農(nóng)作物之一。

 

大麥?zhǔn)堑谝粋€被馴化的谷類作物,因其早熟和高度抗逆性(包括耐寒、耐旱、耐鹽堿等)而在世界范圍內(nèi)廣泛種植。其二倍體特性使其成為麥類作物基因組研究的重要材料。經(jīng)過基因測序,大麥基因組全長5.1 Gb,約為水稻基因組的11倍,幾乎是人類基因組的兩倍。2017年4月27日,Nature期刊以Article的文章形式題為“A chromosome conformation capture ordered sequence of the barley genome”(論文鏈接:http://dx.doi.org/10.1038/nature22043)公布了國際大麥測序聯(lián)盟(IBSC)在大麥基因組精細圖譜研究上取得的重大研究成果,該文被列為自然雜志當(dāng)期的封面文章,張國平教授團隊參與完成的大麥基因組研究成果,為該論文的共同通訊作者。

 

隨著大麥基因組的不斷深入研究,科學(xué)家們針對大麥優(yōu)良基因的遺傳改良從未停止,因為表型以及表型組學(xué)技術(shù)的逐漸成熟,越來越多的課題研究組在現(xiàn)有的分子生物學(xué)、遺傳學(xué)等技術(shù)基礎(chǔ)之上,采用了更為先進的方法,更高效的對大麥的表型或者性狀進行研究與分析。Christian Klukas課題組在德國著名的研究機構(gòu)—植物遺傳與作物植物研究所(IPK)的萊布尼茨研究所,利用高通量的表型平臺進行了大麥的表型以及生理的研究。大麥在干旱條件下(見下圖),其株高會降低、分蘗數(shù)減少,而復(fù)水處理之后,其株高、分蘗數(shù)表型會得到明顯的回復(fù),利用表型平臺的成像數(shù)據(jù),在這篇研究文章中,大家可以明顯看到干旱和復(fù)水處理之后,不同時期的表型成像分析:在可見光成像下,進行植株高度及其動態(tài)變化、生物量及有效分蘗數(shù)的分析;在近紅外成像下,觀測植株含水分布情況;在熒光成像下,監(jiān)測植株的生理變化。該工作發(fā)表在植物學(xué)領(lǐng)域的著名期刊 The Plant Cell上。

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文獻來源:Dijun Chen, Christian Klukasa et al., The Plant Cell(2014)



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文獻來源:Dijun Chen, Christian Klukasa et al., The Plant Cell(2014)


利用高通量的表型平臺,大麥的許多參數(shù)都可以得到很好的測定與分析,小編為大家小結(jié)不同研究領(lǐng)域的主要參數(shù)類型,如下:

大麥株型研究領(lǐng)域重點關(guān)注的參數(shù):植物冠層寬度、垂直高度、緊密度、對稱性、投影葉面積、空間體積、植物結(jié)構(gòu)、葉角度、節(jié)間長度。

大麥對生物脅迫反應(yīng)的領(lǐng)域重點關(guān)注的參數(shù):垂直高度、投影葉面積、空間體積、葉顏色、葉病斑、植物結(jié)構(gòu)、葉角度、節(jié)間長度。

大麥對非生物脅迫反應(yīng)的領(lǐng)域重點關(guān)注的參數(shù):整株相對含水量分布、植物結(jié)構(gòu)、葉角度、節(jié)間長度、葉長、垂直高度、投影葉面積、空間體積、葉顏色、投影葉面積、空間體積。

大麥產(chǎn)量研究領(lǐng)域重點關(guān)注的參數(shù):植物冠層寬度、垂直高度、空間體積(生物量)等。

 

除此之外,還有更多的種子選育技術(shù),可以進一步對大麥種子進行成熟度檢測、性狀檢測。

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背景資料:

?   LemnaTec表型平臺

上述文章中的課題組進行圖像采集與分析,主要使用的是LemnaTec的表型成像平臺—Greenhouse Scanalyzer 3D。如下圖,LemanTec完全可根據(jù)實驗需求,進行定制化的設(shè)計與生產(chǎn)。

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?   德國IPK研究所

萊布尼茲植物遺傳與作物植物研究所(IPK)是非營利性研究機構(gòu),也是威廉·萊布尼茲協(xié)會(WGL)的成員。該研究所是德國中部生物技術(shù)園區(qū)加泰派生的發(fā)起者和中心。

 

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作為國際知名的植物研究中心,IPK重點關(guān)注基礎(chǔ)和應(yīng)用領(lǐng)域的現(xiàn)代生物學(xué)問題,重點研究栽培植物。 研究領(lǐng)域包括:

?   植物遺傳資源的管理,分析和演變

?   細胞和分子基因組分析

?   分子與發(fā)育生理學(xué)

?   應(yīng)用生理學(xué)和細胞生物學(xué)

 

IPK的核心研究問題是研究野生和栽培植物的遺傳多樣性,目的在農(nóng)業(yè)部門更有效和更廣泛地利用這些方法和植物材料,而且進一步開發(fā)新的改進的生物材料。IPK的表型圖像分析的課題組,做了不少關(guān)于玉米、擬南芥等植物的表型研究,下面是他們近兩年發(fā)表的文章。(來源:http://www.ipk-gatersleben.de/en/molecular-genetics/image-analysis/publications/)  


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