基于无人机遥感的小麦株高精准鉴定及基因发掘

基于无人机遥感的小麦株高精准鉴定及基因发掘

株高是决定作物籽粒产量的重要因素,上世纪50-60年代,半矮秆小麦品种的培育为世界粮食生产带来了第一次绿色革命,株高降低不仅增加植株耐肥和抗倒伏能力,并提高收获指数和最终产量,因此株高是育种过程中一个重要选择指标。传统株高主要集中小麦灌浆中后期,较少关注株高动态发育。中国农业科学院作物科学研究所和澳大利亚CSIRO合作利用无人机遥感数字表面模型(DSM)估测小麦DH遗传群体动态株高,并进行基因定位发掘和育种标记开发研究。植物表型资讯介绍如下。

1

图1 利用无人机DSM模型估算小麦株高的试验流程

以198个来自扬麦16/中麦895的DH家系为材料,2017-2018和2018-2019年连续2年种植河南漯河和新乡2个试验点,在抽穗期、灌浆中期利用数字表面模型DSM和实际测量两种方式鉴定群体株高,结果表明,DSM模型测定株高与实际株高呈显著正相关,相关系数为0.96,实际测量差异为5.75厘米。抽穗期与灌浆中期测量的株高呈显著正相关,相关系数为0.80-0.85,两个发育阶段株高遗传力为0.90-0.98。利用660 K芯片定位结果显示,位于染色体4B和4D上的Rht-B1和Rht-D1对株高影响较大,分别解释表型变异61.3%和64.5%,无人机DSM模型测定株高与实际株高的基因定位结果一致。另外,在6DL染色体AX-111131922-AX-110168264区段,物理位置383.7-391.1cM范围发掘出控制株高发育快慢相关的新基因位点,该位点稳定且解释表型变异较高,达11.2%。该基因连锁的SNP标记已成功转化成育种可用的KASP标记,并得到验证(未发表)。所有定位株高基因位点的遗传预测值与无人机DSM模型和实际测定株高显著相关,相关系数为0.47-0.55;排除定位株高QTL,相关系数仅为0.20-0.30,说明定位的基因位点对株高控制有效。

2

图2  a)因高秆和矮秆品种引起的无人机与地面株高数据误差估算;b)基因型差异对株高估算的影响;c)扬麦16、中麦895和DH群体在新乡和漯河的株高差异

3

图3 无人机DSM模型和地面实际测量株高基因定位结果对比

4

图4 矮秆基因对株高的影响

本研究证实,无人机光谱的DSM模型能够有效鉴定小麦群体株高,具有通量性和低人工成本投入性,尽管DSM模型测定株高与实际株高值间存在5厘米左右误差,但可用于遗传研究,基因定位结果基本一致。

 

来源:Muhammad Adeel Hassan, Mengjiao Yang, Luping Fu, et al. Accuracy assessment of plant height using an unmanned aerial vehicle for quantitative genomic analysis in bread wheat. Plant Methods, 2019, 15: 37.https://doi.org/10.1186/s13007-019-0419-7

 

扩展阅读:

粽香情浓,植物表型资讯一周年目录汇总

植物表型资讯2018年1-12月目录汇总

植物表型资讯2019年1-3月目录汇总

微信图片_20190408151928