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德国一个新的植物表型平台正式运行

更新日期:2013-04-09   |  点击率:874

20132月,德国农业部长赫尔穆特•布伦纳宣布,巴伐利亚州农业研究中心(Bayerische Landesanstalt für LandwirtschaftLFL)植物表型平台正式运行,这意味着又一个大型植物表型平台开始正式运转。

 

/LemnaTec

 

表型组学是一个与表型鉴定研究相关的领域,并结合基因(基因组)或蛋白(蛋白组)的研究来探究表型的本质及它们之间的相互作用关系的学科。表型组又是指某一生物的全部性状特征,不仅仅局限于农艺性状,还应更加关注植株所表现出来的生理状态。植物功能基因组学一项重要的内容是反映基因在不同植株、不同时期、不同组织、不同生理状态以及体外培养的细胞中mRNA或蛋白质表达的差异等的转录水平,进而特异性地反映基因的表达水平和抗性、组织器官形成、系统发育、光合作用等的关系,通过基因表达的研究可望调节与抗性、品质、产量等对人类有价值基因的表达,从而达到对生物的定向调控。

植物表型组学的研究可以从小至核苷酸序列细胞,大至组织、器官种属群体的表型来研究分析,并且可以进一步整合到基因组学研究中;而从系统生物学角度来看,从基因组到转录组、蛋白质组、代谢组以及表型组,表型组是各种组的表现形式。因此,植物表型组学的研究将是涉及各个方面的研究领域。随着植物表型组学相关研究机构的建立,研究设施硬件及软件的开发,科研论文的发表和成果的逐渐增多,尤其是植物表型组学学术会议的召开和相关学术团体的成立,预示着植物表型组学研究的新时代已经来临。

近几年来,发达国家的大型企业和公众科研机构都投入了大量经费来构建大型植物表型平台,前者代表如杜邦/先锋、巴斯夫、拜耳、先正达、孟山都、英美烟草、日本住友化学等,后者代表如澳大利亚植物表型组设施“植物加速器”、法国农科院、德国莱布尼茨(Leibniz)植物遗传和作物研究所、英国Aberystwyth大学、意大利麦塔庞特(Metapontum)植物生物技术研究所、日本理化学研究所(RIKEN)、美国唐纳德丹佛植物科学中心、内布拉斯加大学林肯分校、加拿大McGill大学等等。甚至发展中国家例如印度,也在2012年投入巨资分别在印度农业研究理事会、印度园艺研究所、印度农业研究所、National Initiative on Climate Resilient Agriculture建立了大型植物表型平台。很明显,上都已深刻认识到植物表型平台对于农业育种和粮食安全的重要价值。

德国LFL的植物表型平台由目前上*提供商业化植物表型平台的公司——LemnaTec定制化设计生产并安装调试。该系统作为植物表型平台Scanalyzer 3D的第三代技术,在很多领域做了新的尝试,包括育种专家关注的两大技术:高光谱成像和光合荧光(ΔF/Fm’)成像。

该系统通过可见光成像可以测量植物的结构、宽度、密度、对称性、叶长、叶宽、叶面积、叶角度、叶颜色、叶病斑、种子颜色、种子颜色面积等参数,通过近红外成像可以分析植物的水分分布状态、水力学研究、胁迫生理学研究等,通过根系近红外成像分析植物根系和土柱中的水分分布情况,通过红外成像可以进行植物干旱胁迫研究、蒸腾研究等,通过荧光成像可以分析植物的光合生理状态,通过高光谱成像能对植物水分生理、营养生理以及病理方面进行深入研究。由于所有植物都通过条形码或射频标记,其整个生活史的的不同阶段所有的表型数据都可定期进行测量。

为了更好的模拟谷类作物在田间的生长环境,改进土质和植物的互作关系,实验盆规格特设置为400 x 400 mm,能装高达15升的土壤,可称之为Micro-Field系统。

整个项目从工程的设计阶段到交付使用,LemnaTec公司表现出了卓悦地工作效率,整个工期不到6个月。同时,在节能上,该系统也有令人称赞的表现,节能效率达80%以上。

整株植物包含根系部分,都能进行3D成像,通过改进传输管理系统,本系统的通量能提高35%,每天可获得多达2000株植物的植物表型和生理数据,大大提高了LFL谷物育种的效率。

/LemnaTec

 

 

 

/LemnaTec

 

原文刊载于《泽泉快讯》第6卷第1期