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利用户外HTP数据进行“增加VPD蒸腾限制”特征的自动离散化

利用户外HTP数据进行“增加VPD蒸腾限制”特征的自动离散化

  • 分类:植物表型资讯
  • 作者:PhenoTrait
  • 来源:本站
  • 发布时间:2020-11-27 06:10
  • 访问量:

【概要描述】

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在高蒸气压亏缺(VPD)条件下限制蒸腾是一种极具前景的抗旱节水措施。然而,它通常是在控制条件下测量的,而且通量非常低,不适合育种。目前只存在极少数高通量表型(HTP)研究分析这一性状,并且在分析基因型差异时只考虑了最大蒸腾速率。此外,在自然条件下,基因型限制蒸腾作用的VPD断点还没有确切的研究。因此,本文利用一个鹰嘴豆种群的户外HTP数据(15分钟频率)自动生成光滑的蒸腾剖面,提取对VPD的蒸腾响应信息特征,进行最优的基因型离散化,识别VPD断点,比较基因型。

 

A,平均ETR;B,相对于VPD(kPa)绘制的野生,高TE和低TE组的TR时间序列;C,绘制VPD,T和RH的归一化值以及野生,高TE和低TE组的平均TR时间序列,以便能够同时检查时间序列变化

 

从自称重传感器数据的蒸腾速率剖面中提取了15个生物学相关特征。利用无监督随机森林对基因型进行聚类(C1、C2、C3)并对6个最重要的性状(遗传力 > 0.5)进行筛选。在C1中发现了所有野生亲缘种,而C2和C3分别主要由高TE系和低TE系组成。对每个特征的不同p值组的评估显示,代表蒸腾响应的特征在高VPD条件下的基因型变异最高。对多输出神经网络模型(C1、C2、C3的R分别为0.931、0.944、0.953)进行敏感性分析,发现C1具有最高节水能力,在相对较低VPD水平时限制蒸腾,这取决于其他环境变量的影响是否最小或最大值。此外,VPD对蒸腾响应的影响最大,与其他环境变量无关,而光、温度和相对湿度对蒸腾响应的影响很小或者没有。

 

从TR时间序列中提取的15个特征密度图:野生,highTE,lowTE和栽培品种示例

 

通过本研究,我们提出了一种新型识别耐旱基因型的方法,克服了节水性状HTP的挑战。所选的六个特征作为可靠基因型离散化的代表表型。另外,本研究还发现野生鹰嘴豆的水分流失速率比人工栽培的鹰嘴豆更快。综上所述,这种分析方法可以直接用于特定育种以及其他性状,有助于加速从HTP数据中提取最大化的信息。

 

敏感性分析的结果说明了C1(Y1)、C2(Y2)和C3(Y3)的预测平均TR(mm m−2 15 min−1)剖面图

 

来源:

Kar S, Tanaka R, Korbu L B, et al. Automated discretization of ‘transpiration restriction to increasing VPD’ features from outdoors high-throughput phenotyping data. Plant Methods. https://doi.org/10.1186/s13007-020-00680-8.

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