近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物表型組學(xué)團(tuán)隊成功自主研發(fā)一套高通量CT-RGB雙模式成像系統(tǒng)，結(jié)合水稻核心種質(zhì)資源和全基因組關(guān)聯(lián)分析在水稻分蘗遺傳研究方面獲得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“Combining high-throughput micro-CT-RGB phenotyping and genome-wideassociation study to dissect the genetic architecture of tiller growth in rice”為題發(fā)表在國際主流學(xué)術(shù)期刊《Journal of Experimental Botany》。作物表型組研究團(tuán)隊通過結(jié)合微型CT和RGB成像技術(shù)，自主研制高通量CT-RGB雙模式成像工程樣機(jī)，實現(xiàn)大批量水稻分蘗生長動態(tài)活體觀測，揭示了水稻分蘗生長過程的遺傳結(jié)構(gòu)，對水稻遺傳改良具有重要指導(dǎo)作用。
水稻作為中國主糧之一，選擇理想的株型結(jié)構(gòu)，特別是理想的分蘗角度、分蘗數(shù)等分蘗性狀，是提高水稻產(chǎn)量的重要因素。隨著水稻功能基因組和分子育種的快速發(fā)展，如何快速檢測數(shù)以千計的水稻材料是急需解決的問題。傳統(tǒng)的水稻分蘗表型性狀提取主要依靠人工完成，存在有損、低效、可重復(fù)性差等缺點，成為嚴(yán)重制約水稻功能基因組和水稻育種發(fā)展的瓶頸。
為了解決上述問題，作物表型組學(xué)團(tuán)隊成功開發(fā)一套micro-CT和RGB雙模式高通量成像系統(tǒng)，快速活體獲取高分辨率（最高可達(dá)30微米）水稻分蘗斷層圖片和總計75個水稻分蘗性狀。基于GPU等加速技術(shù)，每天可檢測大約310株水稻。此外，通過自主設(shè)計圖像分析算法還可高通量獲取大量人工無法量化的新性狀，如分蘗面積、平均分蘗角度、分蘗面積增長速率等。并通過建模分析發(fā)現(xiàn)，相對于分蘗數(shù)，水稻分蘗面積與產(chǎn)量之間有更好的相關(guān)性。
基于水稻234個秈稻材料分蘗期（9個時間點）的大批量表型實驗，獲取總計739個性狀，并結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)分析共檢測到402個顯著影響水稻分蘗和產(chǎn)量的基因位點，包括一個已知與分蘗角度相關(guān)基因位點，TAC1。此外還發(fā)現(xiàn)兩個與分蘗及產(chǎn)量相關(guān)的新基因位點，這將有利于未來水稻高產(chǎn)密植育種的研究。我們還發(fā)現(xiàn)有趣的現(xiàn)象，比如234個秈稻材料中分蘗衰老過快的材料一般產(chǎn)量較低且不抗旱，分蘗角度變化呈現(xiàn)先大后小趨勢往往產(chǎn)量略高。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楊萬能副教授為本文的通訊作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)吳迪博士生、郭子龍博士為本文的共同第一作者。該項研究成果獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金，及英國生物技術(shù)和生物科學(xué)研究理事會的資助。此外，該技術(shù)已于2018年11月獲授中國發(fā)明專利（基于微型CT的水稻分蘗性狀無損測量裝置及測量方法，201510899754X），具有較好市場推廣前景。