绿色植物Phedimus spp春季外观的多光谱表型和遗传分析


发布时间:

2023-08-05

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

观赏绿化植物在季节变化过程中的外观变化是一个重要的特征。特别是绿叶颜色的早发是一个品种的理想性状。本研究建立了一种利用多光谱成像技术对叶片颜色变化进行表型分析的方法,并进行了基于表型的遗传分析,以阐明该方法在绿化植物育种中的应用潜力。本研究对2个亲本系的F1群体进行了多谱表型和数量性状位点(QTL)分析。分别于2019年4月和2020年4月休眠中断、生长延长时进行影像学检查,对9个不同波长值的主成分分析表明,fffirst主成分(PC1)的贡献较大,它捕捉了可见光范围内的变化。PC1和可见光强度的年际相关表明,多光谱表型记录了叶片颜色的遗传变异。通过限制性内切位点相关DNA测序获得Phedimus属植物的ffrst遗传连锁图谱,QTL分析发现2个QTL与早期休眠断裂有关。根据这2个qtl的基因型,将F1表型分为休眠早(晚)、绿叶(红或棕)、高(低)营养生长表型。结果表明,多光谱表型分析在绿色植物叶片颜色季节性变化的遗传分析中具有潜在的应用价值。

 

本研究表明采用TTe多光谱图像分析方法,为休眠断裂时植物颜色等表型的定量评价和遗传分析提供了可能。该方法特别适用于观赏植物可见光的定量评价。此外,由于植物的颜色与休眠之间存在一定的关系,因此该方法可以较好地捕捉植物在打破休眠期间的状态,此时是植物颜色和大小逐渐变化的时期。由于目前对观赏植物进行多光谱图像分析的实例较少,因此这项研究的新进展非常重要。同时TTe方法同样适用于其他多年生观赏植物。

 

图1 石竹属植物全年形态变化

注:上半部分为常绿种竹叶榕(P. takesimensis)的形态变化,下半部分为休眠种的形态变化,这些休眠种构成大部分野生Phedimus物种;F1种群的亲本P1和P2分别是常绿和休眠物种;在日本鸟取县自然条件下观察了其形态变化

 

图2 F1群体P1、P2和1株的植株外观

注:最上面一行(A ~ C)摄于2018年5月11日、最下面一排(D-F)拍摄于2018年1月9日。左纵行(A、D)为P1,中间纵行(B、E)为P2,右纵行(C、F)为F1株之一

 

 图3 可以用多光谱相机测量的波长值,植物的RGB图像,以及每个波长值下的植物图像。每个波长的带宽都是10nm

 

图4 2019年和2020年F1分离群体中9个不同波长值的PCA 

注:(A)和(B)分别基于2019年4月和2020年4月数据的pca。图中的4个三角形代表P1的4个克隆,1个正方形代表P2的1个个体,94个圆圈代表94个F1个体中的每一个

 

图5 P1、P2、F1的植物外观,以及PC1与植被覆盖面积的相关性

2019年4月16日拍摄的植物外观(A ~ G)和2020年4月9日拍摄的植物外观(H ~ N),上下两行中的两个个体是相同的。(A) (H)为P1; (B) (I)为P2,其余为F1个体。(C) ~ (G) F1个体的PC1值四分位数分别为0%、25%、50%、75%和100%。(O和P)分别为2019年和2020年PC1与覆盖面积的相关性。横轴表示PC1的值,纵轴表示服装覆盖率。图中的94个圆圈分别代表94个F1个体

 

图6 2019年4月至2020年4月所有性状的年度相关性

横轴表示2019年的所有性状,纵轴表示2020年的所有性状。所有性状均为覆盖面积、9个波长值、PC1和2值以及16个植被指数。单元格中的数字表示r值。

 

图7 基因图谱

 

图8 各性状的连锁群位置显示高LOD值。(A、B)分别于2019年4月16日和2020年4月9日对所有性状进行QTL分析。纵轴表示性状,横轴表示连锁群。较高的LOD值用深红色表示

 

图9 2020年4月9日各基因型组内代表性F1植株外观。分别为100%、75%、50%、25%和0%的四分位在F1的每个基因型组中代表F1个体,在LG-34中发现QTL的VARI值

 

来 源

Koji T, Iwata H, Ishimori M, Takanashi H, Yamasaki Y, Tsujimoto H. 2023 Multispectral Phenotyping and Genetic Analyses of Spring Appearance in Greening Plant. Phedimus spp Plant Phenomics

 

编辑

陈秀娇

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