使用成像、生理和分子工具在缺水条件下对马铃薯进行表型分析的全球非侵入性方法

来源: 时间:2021-08-07 16:00:27 浏览次数:

该方法应用于水分亏缺条件下马铃薯的表型分析,可从微观结构和分子水平定量分析马铃薯叶片和块茎的性状。因此,所开发的方法可以有效地从器官发育到基因表达的多尺度表征植物对水分胁迫的响应。
干旱是全球变暖的主要后果,对农业产生负面影响。马铃薯是一种对干旱敏感的作物,块茎生长和干物质含量都可能受到影响。此外,水分不足还会引起生理紊乱,如玻璃状块茎和内部锈斑。马铃薯植物对干旱的反应是复杂的,可能受到品种类型、气候和土壤条件以及生长过程中水分胁迫发生点的影响。植物的适应性反应特征是一个主要的表型挑战。因此,需要发展非侵入性分析技术来改善表型。


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水分胁迫对表型参数的影响。进化以拍摄后出现天数(DASE)来衡量:a、b是来自俯视相机的外壳面积和投影面积(叶子覆盖范围);c、d是来自侧视相机的外壳面积和投影面积;e、f是来自侧视相机的高度和宽度;g是ExG指数。所有参数都是从移植到土壤中的那天到收获的那天计算的。对于上述所有参数,在34到53 DASE之间观察到三种条件之间的显著差异。


该项目旨在利用核磁共振成像、表型分析和分子生物学的创新方法来评估水分胁迫对马铃薯植株生长的影响。在不同的水分条件下进行盆栽,对照组植物在最佳吸水条件下培养。其他组在轻度和重度缺水条件(分别为田间持水量的 40% 和 20%)下种植,在不同块茎生长阶段(起始、灌浆)施用。通过监测土壤水势来评估水分胁迫。设置了两个设备齐全的成像柜,使用高清彩色相机(顶视图和侧视图)表征植物形态,并使用 RGB 相机测量植物压力。马铃薯植株对水分胁迫的反应取决于胁迫的强度和持续时间。利用1.5 T MRI扫描仪记录盆栽马铃薯植株地下器官的三维形态图像。在对照植物和受胁迫植物的早期生长阶段,观察到生长动力学的显著差异。在分子水平上对所选干旱响应基因的表达模式进行定量PCR分析。胁迫水平的变化被视为调节脱落酸和干旱响应脱落酸依赖和非依赖脱落酸的基因。


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灌浆期间控制和严重缺水条件下水分参数和块茎产量变化的比较。根据出苗后天数(DASE)绘制了马铃薯单株a土水势、b叶水势、c叶渗透势、d叶水分亏缺和e块茎总鲜重的演化曲线;f在块茎灌浆期(38天至收获期),单株最大的9个块茎的鲜重增加,从最大块茎(1号桶)到最小块茎(9号桶)。轮廓箭头表示应力施加日期,全箭头表示最大终止日期。 值为平均值±se每一种条件下有4株独立的植物


该方法应用于水分亏缺条件下马铃薯的表型分析,可从微观结构和分子水平定量分析马铃薯叶片和块茎的性状。因此,所开发的方法可以有效地从器官发育到基因表达的多尺度表征植物对水分胁迫的响应。


来源:Plant Methods.A global non-invasive methodology for the phenotyping of potato under water deficit conditions using imaging, physiological and molecular tools.

M. Musse, G. Hajjar, N. Ali, B. Billiot, G. Joly, J. Pépin, S. Quellec, S. Challois, F. Mariette, M. Cambert, C. Fontaine, C. Ngo-Dinh, F. Jamois, A. Barbary, P. Leconte, C. Deleu & L. Leport

https://plantmethods.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13007-021-00771-0