[1]赵欢,王璟璐,张颖,等.基于Micro-CT的玉米自交系茎秆维管束表型高通量获取与精准解析[J].江苏农业科学,2022,50(12):201-211.
　Zhao Huan,et al.High-throughput acquisition and accurate analysis of stem vascular bundle phenotypes in maize inbred lines based on Micro-CT[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2022,50(12):201-211.
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基于Micro-CT的玉米自交系茎秆维管束表型高通量获取与精准解析()

《江苏农业科学》[ISSN:1002-1302/CN:32-1214/S]

卷:
第50卷
期数:
2022年第12期
页码:
201-211
栏目:
农业工程与信息技术
出版日期:
2022-06-20

文章信息/Info

Title:
High-throughput acquisition and accurate analysis of stem vascular bundle phenotypes in maize inbred lines based on Micro-CT
作者:
赵欢1; 2; 3; 4; 王璟璐2; 3; 4; 张颖2; 3; 4; 廖生进2; 3; 4; 杜建军2; 3; 4; 郭新宇2; 3; 4; 赵春江2; 3; 4
1.华中农业大学，湖北武汉 4300701； 2.北京市农林科学院信息技术研究中心，北京 100097；3.国家农业信息化工程技术研究中心，北京 100097； 4.数字植物北京市重点实验室，北京 100097
Author(s):
Zhao Huan; et al
关键词:
玉米茎秆; Micro-CT; 区带; 维管束表型; 高通量获取; 精准解析
Keywords:
-
分类号:
S126；S513.01
DOI:
-
文献标志码:
A
摘要:
针对玉米自交系茎秆不同节位形态特征差异大、维管束分布不同等特点，利用Micro-CT扫描技术及基于区带的维管束表型解析方法，对茎秆基部第3节、穗位节、顶位节节间进行显微图像获取，实现茎秆不同节间横切面、表皮区、周皮区、髓区、维管束相关表型的精准解析。研究结果表明，基于区带的维管束表型解析方法适用于茎秆不同节间维管束表型解析，可获得表征茎秆节间组织和维管束形态、几何性状、分布等共47项指标，获取效率高达20 s/张图像。同传统方法相比，基于区带的维管束表型解析方法效率高、通量大，且可获取的表型指标类型多。描述性统计分析结果显示，同茎秆横切面长轴长等传统指标相比，基于区带的维管束表型解析方法获取的功能区表型指标变异系数较大，能更好地反映出不同节间、不同自交系间的差异；且在不同自交系间，基部第3节的周皮区维管束数量(P=7.79×10-29)和穗位节的周皮区维管束面积占比(P=1.79×10-26)差异最显著。此外，从基部到顶部，表征横切面及各功能区几何、形态性状以及维管束数量、面积相关的表型指标呈依次减小的趋势；表征维管束分布的表型指标呈依次增加的趋势；功能区面积占比分布趋势不同，其中周皮区面积占比在基部节间最大，髓区面积占比在穗位节最大，表皮区面积占比在顶位节最大。本研究实现了玉米自交系茎秆不同节间维管束表型的高通量获取与精准解析，初步揭示了表型指标在不同节间的分布趋势，可为后期茎秆表型遗传解析和性状定向改良提供参考。
Abstract:
-

参考文献/References:

［1］赵春江. 植物表型组学大数据及其研究进展［J］. 农业大数据学报，2019，1(2)：5-18.
［2］胡伟娟，傅向东，陈凡，等. 新一代植物表型组学的发展之路［J］. 植物学报，2019，54(5)：558-568.
［3］张颖，廖生进，王璟璐，等. 信息技术与智能装备助力智能设计育种［J］. 吉林农业大学学报，2021，43(2)：119-129.
［4］Huang C，Chen Q Y，Xu G H，et al. Identification and fine mapping of quantitative trait loci for the number of vascular bundle in maize stem［J］. Journal of Integrative Plant Biology，2016，58(1)：81-90.
［5］Ren H，Jiang Y，Zhao M，et al. Nitrogen supply regulates vascular bundle structure and matter transport characteristics of spring maize under high plant density［J］. Frontiers in Plant Science，2021，11：602739.
［6］冯海娟，张善平，马存金，等. 种植密度对夏玉米茎秆维管束结构及茎流特性的影响［J］. 作物学报，2014，40(8)：1435-1442.
［7］杨硕，郑云霄，黄亚群，等. 不同玉米自交系茎秆上部维管束数目的差异分析［J］. 植物遗传资源学报，2021，22(2)：466-475.
［8］Legland D，Devaux M F，Guillon F. Statistical mapping of maize bundle intensity at the stem scale using spatial normalisation of replicated images［J］. PLoS One，2014，9(3)：e90673.
［9］Heckwolf S，Heckwolf M，Kaeppler S M，et al. Image analysis of anatomical traits in stalk transections of maize and other grasses［J］. Plant Methods，2015，11(1)：1-11.
［10］Legland D，El-Hage F，Méchin V，et al. Histological quantification of maize stem sections from FASGA-stained images［J］. Plant Methods，2017，13(1)：1-11.
［11］赵欢，王璟璐，廖生进，等. 基于Micro-CT的玉米籽粒显微表型特征研究［J］. 智慧农业(中英文)，2021，3(1)：16-28.
［12］Shao M，Zhang Y，Du J J，et al. Fast analysis of maize kernel plumpness characteristics through Micro-CT technology［C］// Rannenberg K. International Conference on Intelligent Agriculture 2017(ICIA2017) PartI. Changchun： Beijing Engineering Research Center for Agriculture Internet of Things，China Agricultural University，2017：46-54.
［13］Zhang Y，Ma L M，Pan X D，et al. Micron-scale phenotyping techniques of maize vascular bundles based on X-ray microcomputed tomography［J］. Journal of Visualized Experiments，2018 (140)：e58501.
［14］Du J J，Zhang Y，Guo X，et al. Micron-scale phenotyping quantification and three-dimensional microstructure reconstruction of vascular bundles within maize stalks based on micro-CT scanning［J］. Functional Plant Biology，2016，44(1)：10-22.
［15］Wu D，Wu D，Feng H，et al. A deep learning-integrated micro-CT image analysis pipeline for quantifying rice lodging resistance-related traits［J］. Plant Communications，2021，2(2)：100165.
［16］Zhang Y，Ma L M，Wang J，et al. Phenotyping analysis of maize stem using micro-computed tomography at the elongation and tasseling stages［J］. Plant Methods，2020，16(1)：1-14.
［17］Zhang Y，Du J J，Wang J L，et al. High-throughput micro-phenotyping measurements applied to assess stalk lodging in maize (Zea mays L.)［J］. BioMed Central，2018，51(1)：40.
［18］Zhang Y，Wang J L，Du J J，et al. Dissecting the phenotypic components and genetic architecture of maize stem vascular bundles using high‐throughput phenotypic analysis［J］. Plant Biotechnology Journal，2021，19(1)：35-50.
［19］Yang X H，Gao S B，Xu S T，et al. Characterization of a global germplasm collection and its potential utilization for analysis of complex quantitative traits in maize［J］. Molecular Breeding，2011，28(4)：511-526.
［20］何启平，董树亭，高荣岐. 不同类型玉米品种果穗维管束的比较研究［J］. 作物学报，2007，33(7)：1187-1196.
［21］李素坤，张秋芝，郝玉兰，等. 玉米成熟期茎秆石蜡切片方法的研究［J］. 安徽农业科学，2010，38(8)：3935-3937.
［22］Zhang Y，Guo X Y，Yan W P，et al. Three-dimensional visualization of vascular bundles in stem nodes of maize［J］. Fresenius Environmental Bulletin，2017，26(5)：3395-3401.
［23］张士龙，贾海涛，贺正华，等. 长江中游夏玉米成熟期茎秆力学特性及其影响因素研究［J］. 现代农业科技，2020(24)：9-12，17.
［24］蒋傲男，闫静琦，卢海博，等. 不同春玉米品种茎秆显微结构对抗折强度的响应［J］. 玉米科学，2020，28(5)：53-59.
［25］李波，张吉旺，崔海岩，等. 施钾量对高产夏玉米抗倒伏能力的影响［J］. 作物学报，2012，38(11)：2093-2099.
［26］何启平，董树亭，高荣岐. 玉米果穗维管束系统的发育及其与穗粒库容的关系［J］. 作物学报，2005，31(8)：995-1000，1105-1106.
［27］侯彦龙，马丹. 玉米生长发育规律研究现状［J］. 中国农业信息，2014(23)：14.
［28］王越，李小雨，李青青，等. 不同杂种优势群玉米茎秆维管束性状比较分析［J］. 河北农业大学学报，2021，44(5)：14-20，56.
［29］赵雪，周顺利. 玉米抗茎倒伏能力相关性状与评价研究进展［J］. 作物学报，2022，48(1)：15-26.

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备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2021-12-26
基金项目：国家自然科学基金(编号：31801254)；北京市农林科学院作物表型协同创新中心项目(编号：KJCX201917)。
作者简介：赵欢(1997—)，女，四川广元人，硕士研究生，主要从事作物表型组学研究。E-mail：3321621249@qq.com。
通信作者：赵春江，博士，研究员，中国工程院院士，主要从事农业信息化关键技术研究。E-mail：zhaocj@nercita.org.cn。
更新日期/Last Update: 2022-06-20