表型组|表型组学技术：精准挖掘玉米抗旱基因干旱胁迫|植物抗逆|转录组|生

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368份玉米关联群体表型实验，上图为正常灌溉，下图为干旱胁迫下。均由华中农大供图
随着测序技术普及和待测材料的规模化，传统的干旱表型性状获取手段已经不能满足植物抗逆基因组学研究的需求，严重阻碍玉米抗旱资源的挖掘。
近年来，以智能化、高通量、动态无损测量为主要特征的表型组学技术迅猛发展，使得多时空多尺度表型检测成为可能，可实现作物全生育期表型动态精准鉴定。
近日，《基因组生物学》在线发表了华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室和湖北省洪山实验室教授代明球与杨万能团队的最新研究成果。他们借助表型组学技术对玉米的干旱表型进行连续无损检测，获得了丰富的图像性状，构建了基因—表型关联网络，揭示了玉米抗旱的遗传基础以及潜在抗旱位点。这项工作被该杂志评选为亮点文章。
中国农业大学教授田丰认为，该研究提出了一种高通量玉米抗旱表型精准鉴定和抗旱基因挖掘新思路和新方法，为玉米抗旱遗传改良提供了新的基因资源和丰富的遗传“宝库” 。
传统表型特征难以实现高通量检测
在世界范围内，玉米是重要的粮食作物、饲料和工业原料。
论文共同通讯作者杨万能告诉《中国科学报》，近年来，随着气候的变化无常、人口的不断增长、水资源逐渐紧缺，日益频繁的干旱已成为玉米减产的主要自然灾害之一，严重的干旱甚至会导致玉米颗粒无收，经济损失巨大。因此，如何有效地提高玉米的耐旱性、培育抗旱新品种是保障粮食安全的迫切需求。
“干旱严重影响玉米生长和产量水平，是限制玉米生产发展的主要因素。”田丰说，玉米的抗旱性是多基因控制的复杂数量性状，传统的玉米干旱表型有株高、存活率、卷叶程度、叶片含水量等。
“这些表型由于获取手段存在测量通量低、耗时费力、精度不高、破坏性等缺点，目前已经不能满足飞速发展的植物抗逆基因组学研究的需求，严重阻碍了玉米抗旱资源的挖掘。”田丰指出。
不仅玉米如此，随着测序技术等基因组技术飞速发展，水稻、玉米、小麦等我国主要农作物测序已经完成，以水稻为代表的作物功能基因组研究已经进入高通量时代。
代明球告诉《中国科学报》，测序技术的普及以及待测材料的规模化带来一个新的问题——缺少高通量精准的表型组分析技术，所以作物表型组学应运而生。
作物表型组学是一门全面研究作物表型信息大规模高通量精准获取和分析技术方法的交叉学科。广义的作物表型组学研究对象不仅包括物理性状，也包括生理指标、生化特征、生长发育性状，以及新颖的图像数字性状等。
“作物表型组技术可广泛应用于作物抗旱等非生物胁迫逆境研究，也可以应用于抗病等生物胁迫逆境、高产优质、营养高效利用等研究。”代明球说。
自主研发数字化图像表型提取技术
研究人员利用华中农业大学高通量作物表型平台，结合高光谱、微型CT、RGB多光学成像技术对368份玉米自然群体材料，在多个生长时期、正常浇水和干旱胁迫下的玉米表型进行了连续无损检测。
论文共同第一作者、华中农业大学信息学院冯慧博士说，在这项研究中，他们自主研发了高光谱、微型CT、RGB多光学成像系统。
光谱成像的基本原理是光的散射和折射。作物内部各物质含量不一样，导致光谱相机接收到不同光谱波段下的图像信号不一样，以此反映作物体内各物质含量的差别。

表型组|表型组学技术：精准挖掘玉米抗旱基因

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