二维根表型分析的创新揭示了提高农业生产力的遗传关键

根系结构(RSA)在植物产量中发挥着关键作用，它受到进化和生态适应的影响，以实现有效的养分和水分吸收以及非生物胁迫抵抗力。

目前的研究重点是利用RSA的遗传变异来提高农业生产力，在识别Pstol1等可提高各种作物养分获取和产量的基因方面取得了重大进展。然而，RSA的复杂性和环境响应性给其研究和应用带来了挑战。

主要问题包括原位表型分析技术的局限性以及需要更好地了解遗传和环境对RSA的影响。因此，开发先进的表型分析方法以及更深入地探索RSA的遗传基础对于提高作物效率和产量具有重要意义。

PlantPhenomics发表了一篇研究文章，题为“应用改进的二维高通量大豆根表型平台来识别调节根结构性状的新型遗传变异”。

该研究创新了二维根系生长袋系统、根系成像和图像处理，提高了根系性状计算的准确性。它采用了一种改进的发芽方法，使用垂直堆叠的水浸纸来保持根部萌发角度并最大限度地减少根部结构的变化。

通过从传统的蓝色滤纸切换为黑色滤纸，本研究显着增加了根与背景的对比度，并提高了根性状分割算法的准确性。此外，为了避免高估水半月板引起的根性状，该研究将空气成像的根部与水下成像的根部进行了比较，发现水下成像提供了更准确的性状测量。

该方法还通过实施图像分割和清洁管道解决了白色小颗粒被误算为根尖的问题，显着改善了手动和计算的根尖计数之间的相关性。广义遗传力计算表明根性状测量具有中高到高的再现性。

该研究还修改了袋子的设计，用穿孔板代替固体背衬并对营养液进行充气，这显着增加了根系的生长。

种群结构分析表明大豆遗传变异与原产国之间存在相关性。在大豆基因型之间观察到广泛的表型变异，GWAS鉴定了许多与根性状相关的基因座，其中有几个多性状关联的“热点”。

在GWAS峰附近鉴定出有希望的候选基因，并研究了其中一些基因的启动子区域的结构变异。RSA性状在亚群体中的分布显示出与原产国一致的模式，表明遗传和环境对根性状的影响。

盆栽混合物中根系COPM的表型验证证实了水培袋系统结果的代表性，强调了该研究方法的稳健性及其对理解和操纵根系结构以促进农业改良的影响。

总体而言，这项研究为未来的育种计划提供了一条充满希望的途径，重点是开发更具弹性和效率的作物，并具有显着的农业和环境效益的潜力。