利用拟南芥幼苗图像测定莲座叶面积的新方法


发布时间:

2023-01-10

来源:

植物表型资讯

作者:

PhenoTrait

自动图像分析技术可实现植物多样性的无损表型监测,这就可以将高质量的遗传资源与高通量表型方法相结合,进行全基因组关联研究。拟南芥幼苗的琼脂培养被广泛用于量化根的性状,在这些研究中,地上部特征却经常被忽略,这可能是因为莲座叶经常歪斜。估算在琼脂培养皿中生长幼苗的莲座叶表面积将有助于同时进行根和地上部表型的分析。作为关于植物对氮形态和浓度反应的遗传变异研究的一部分,本研究利用Python中开发了一个图像处理程序,用于估计拟南芥幼苗的莲座面积。结果表明,从图像中测得的莲座面积与直接从顶部上测得的莲座面积高度相关,与幼苗质量中度相关。图像集中的莲座面积受基因型和氮处理的显著影响。使用该方法测量的叶面积广义遗传力为0.28。这种估算莲座面积的方法产生了准确的地上部表型数据,可以快速地进行叶面积测量,也同样适用于其他的大型图像数据集。
 

图1 两种不同的图像处理策略用于识别琼脂平板并自动将图像裁剪到平板区域。(A–D)边缘检测方法。(A)原始图像。(B)使用canny边缘检测生成的二进制图像。(C)过滤步骤后检测板面积。(D)裁剪到印版区域后的图像。(E–H)阈值检测方法。(E)原始图像。(F)使用阈值生成的二进制图像。(G)过滤步骤后检测板面积。(H)裁剪到对应区域并旋转后的图像。 

 

图2 用于叶片识别的图像处理步骤。(A)使用L*A*B*颜色空间的B通道将图像转换为黑白。(B)二进制阈值。(C)蓝色线条表示的感兴趣区域。(D)将图像分成六个部分来识别单个芽体。注:一粒种子未能发芽,因此没有测量叶面积。

 

图3 与其他生长指标相比,从琼脂平板图像测量的莲座面积散点图。虚线表示数据点的线性最小二乘的回归拟合。(A)比较从琼脂平板和直接在顶部测量的拟南芥幼苗莲座丛面积的散点图。(B)从琼脂平板测量的拟南芥幼苗莲座面积与幼苗质量的比较。

 

图4 不同氮营养处理下拟南芥幼苗的叶面积。黑线表示不同处理下植株的叶面积,金线表示每个处理的平均值。铵处理以橙色表示,硝酸盐处理以蓝色表示;较浅的阴影表示0.1mM的浓度,较深的阴影表示1mM。(A)对浓度为0.1mM的氮的响应。(B)对浓度为1mM的氮的响应。(C)对硝酸盐浓度的响应。(D)对铵浓度的响应。

 

 

来 源

Knapp A., Stefani J., Katz E., et al. Novel method for the quantification of rosette area from images of Arabidopsis seedlings grown on agar plates. Applications in Plant Sciences, 2022, e11504.

 

编 辑

Phenotypic researcher

 

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