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作物表型组学技术平台
来源: 时间:2023-05-24

作物表型组学技术平台属于作物遗传改良全国重点实验室主要组学平台之一,作物表型学团队属于典型的交叉学科团队,现有固定科研人员10人,教授2人,副教授8人,分布在植科院、工学院、信息学院、资环学院4个学院。其中教育部青年长江学者1人,湖北省自然科学基金杰出青年1人。团队在Nat Commun, Mol Plant, Genome Biol等主流杂志发表论文96篇,获批发明专利32项,成果转化6项,获中国技术市场协会金桥奖优秀项目奖1项,湖北省技术发明二等奖1项。团队承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖北省研发创新平台建设项目等课题,并与英国亚伯大学、英国诺丁汉大学、中科院遗传所、河南大学、上海农业生物基因中心、山西农业大学等国内外知名研究机构和企业建立了广泛的合作关系,相关表型设备已实现了规模化生产和市场销售,在全国18省份102家单位推广应用。

平台网站:http://plantphenomics.hzau.edu.cn/journalism

主要研究内容:

1) 地上表型向地下表型突破:将CT技术和根盒技术相结合,实现盆栽土壤内作物根系表型无损观测和性状无损提取,并将该技术应用于水稻、玉米、油菜、棉花、小麦抗旱遗传解析。

2) 室内表型向室外表型突破:建设大田小区(机器人-天车-无人机)多尺度高通量表型平台,研发突破相关大田检测技术,实现大田表型作物表型高通量动态无损提取,并将该技术应用于水稻、玉米、油菜、棉花、小麦遗传解析。

3) 物理表型向生理表型突破:突破生理表型高通量提取相关技术,比如高光谱测量种子代谢物等,研发高光谱等特殊光谱成像技术,并结合机器学习、生物信息、代谢组等多学科交叉技术高效挖掘甚至预测功能基因位点。此外,形成高光谱代谢组高通量提取分析平台工程样机。

4) 宏观表型向微观表型突破:设计一体化的(宏观-微观)作物抗旱表型动态高通量观测系统,不仅能动态观测宏观整株作物卷叶动态情况,还可动态活体观测叶片微观变化,比如叶片气孔等表型,结合现有的CO2等检测技术形成综合性的作物抗旱评价系统。

代表性研究成果:

1) 和熊立仲老师团队合作,研发了作物高通量表型平台壹套,填补我国水稻表型技术领域空白(Nature Communications 2014,亮点研究),并通过图像性状解析水稻抗旱性遗传基础(Molecular Plant 2018),以及水稻叶片表型性状的遗传解析(Journal of Experimental Botany 2015);自主研发高通量CT-RGB成像系统应用于水稻分蘖发育遗传研究(Journal of Experimental Botany 2019)和抗倒伏研究(Plant Communications 2021,封面论文),并应邀撰写表型综述两篇(Current Opinion in Plant Biology 2013; Molecular Plant 2020,亮点论文,ESI高被引);采用高频次、高通量大田表型获取技术结合全基因组关联分析揭示水稻干旱动态响应的遗传基础(New Phytologist 2021)。

水稻自动化高通量无损的表型测量平台(Nat Commun 2014)

无人机高通量大田表型获取技术(New Phytol 2021)

2) 和代明球老师合作,基于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连续无损检测,获得了丰富的与干旱胁迫响应相关的图像性状(Image-based traits, i-traits),结合GWAS分析鉴定到大量与干旱胁迫相关的候选基因和QTLs,构建了基因-表型关联网络,并结合代谢组和转录组大数据,揭示了玉米抗旱的遗传基础以及驯化和改良中丢失的潜在抗旱位点,为玉米抗旱遗传改良和抗旱育种提供了新的基因资源和丰富的遗传“宝库”(Genome Biology 2021)。

结合表型组和全基因组关联分析揭示玉米抗旱遗传机制(Genome Biol 2021)