基于无人机的高通量表型研究为探究油菜田间涝渍的动态过程和遗传基础提供了新的思路


发布时间:

2022-07-06

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

  田间涝渍是一种非生物胁迫,严重影响农作物的生长、发育和产量。高通量表型研究对探究农作物田间涝渍的动态响应过程和耐涝遗传基础具有重要意义。本研究主要利用了搭载多光谱相机和可见光相机的无人机多模型遥感表型分析平台,测定了在涝渍恢复期内的油菜形态特征和光谱指数,评价了油菜对田间涝渍的动态响应过程以及相关的遗传基础。

 

  研究选用了505个油菜自交系的自然群体作为研究对象。在播种后第60天的苗期采用涝渍处理,持续时间为10天。在两个连续年份(2017和2018)进行了油菜种植和无人机图像采集实验。其中无人机搭载了5个不同角度的可见光相机和1个5波段的多光谱相机。共有4个植物形态特征和23个光谱指数被选用以研究油菜对涝渍的动态响应。由于植物性状之间存在相关性和冗余性,难以直接将它们应用于油菜籽涝渍评价中。研究通过因子分析解决了植物性状的多重共线性问题,从原始性状中提取了少量公共因子作为评价种群水平涝渍响应的新变量。

 

  研究结果表明,基于无人机平台计算的株高和归一化植被指数(NDVI)与真实值的决定系数分别可达到0.8和0.7。根据多种统计参数的线性回归模型计算的油菜鲜重的决定系数也能达到0.84,验证了基于无人机平台的性状评估的可靠性。形态特征和光谱指数的动态响应结果表明油菜在恢复中期前的涝渍反应较严重,但恢复后期的涝渍反应部分减弱。全基因组关联研究在两年内分别确定了289个和333个与耐涝性状相关的基因位点。然后,将至少存在9个与涝渍性状关联的25个基因位点定义为高可靠位点。与此同时,根据形态性状、光谱指数和公共因子计算的耐涝系数鉴定了13个基因位点。在13个重叠基因位点的区域预测出了40个耐涝候选基因。本研究为利用高通量无人机表型平台了解油菜田间涝渍响应的动态过程和遗传基础提供了思路。本研究发现的高可靠基因位点对耐涝油菜品种的选育具有重要价值。

 

  图1基于无人机的图像获取与数字性状提取的流程图

 

  图2 基于无人机图像的涝渍恢复期油菜性状响应(A:冠层体积模型;B:株高;C:NDVI;D:光谱指标和形态性状的聚类结果)

 

  图3 基于两年的耐涝因子和基因位点的关联网络图

 

  图4 BnvaA0203615246基因位点中的涝渍关联性状基因

  

  来源:Li J, Xie T, Chen Y, et al. High-throughput UAV-based phenotyping provides insights into the dynamic process and genetic basis of rapeseed waterlogging response in the field[J]. Journal of Experimental Botany, 2022.

  

  编辑:张金诺

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