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WIWAM植物表型成像系统近年发表部分论文简述

发表时间:2019-08-08 16:53:21点击:52

来源:北京博普特科技有限公司

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WIWAM植物表型成像分析系统由位于著名Ghent大学的VIB研究所、世界著名的自动化工程公司SMO联合欧洲著名科学家合作研制生产的新型植物表型组学研究平台,可以全自动、高通量、高容量测量分析拟南芥、水稻、玉米以及其它植物的三维表型形状及生理状态及其与环境光照、温度、水、营养盐等的关系。

WIWAM植物表型成像分析系统整合了LED植物智能培养、自动化控制系统、RGB真彩3D成像、荧光成像测量分析(包括叶绿素、红荧光)、植物红外热成像分析、植物近红外成像分析、植物高光谱分析、多光谱激光雷达、植物CT断层扫描以及自动条码识别管理、激光3D成像自动称重与浇灌系统等多项先进技术,以最优化的方式实现大量植物样品——从拟南芥、水稻、玉米到各种其它植物的全方位生理生态与形态结构成像分析,用于高通量植物表型成像分析测量、植物胁迫响应成像分析测量、植物生长分析测量、生态毒理学研究、性状识别及植物生理生态分析研究等。作为全球第一家将大规模自动化理念和工业级零件和设备整合入植物成像系统的厂家,SMO公司在植物表型成像分析领域处于全球领先的技术前列,大面积叶绿素荧光成像系统使WIWAM成为植物表型分析与功能成像领域最为先进的仪器设备,植物生长、胁迫响应等测量参数达几百个。先进耐用的工业级部件使系统非常耐用,基本免维护,与同类产品相比,特点突出。目前WIWAM植物表型平台分为WIWAM XY,WIWAM Line、WIWAM Conveyor 以及WIWAM Mobile等多个系列。

1、Cell to whole-plant phenotyping: The best is yet to come Trends in Plant Science

下文Ghent大学Stijn  Dhondt,Nathalie  Wuyts和 Dirk Inze教授联合撰写。

成像技术的进步为植物表型研究提供了革新性的思路,目前是表型系统是性状测量的一种主要工具。本文中我们就3个重要特征来对植物表型系统介绍:高通量、维度以及分辨率。首先全植株表型成像系统是目前研究热点,结合自动化技术的进展,可现状增加通量。组织和细胞水平的表型研究以及所有工具,一般是以低通量运行,常用于获得就空间和时间分辨率而言得到提升的高维度表型数据。传感器技术最新的进展使对植物形态学和生理学相关性状进行研究成为可能。总之,因其是植物表型系统成像过程主要特征,焦点集中于时空分辨率。

植物表型是结合了多个系统和工具的复合系统。已有人建议将表型组学列入生物新学科,它涉及到在多个组织水准收集高维度表型数据;与全基因组测序一样,研究进展朝向对一个基因组的全部表型进行鉴别。当然此终极目标是理论目标,考量到维度以及通量和分辨率当前和未来的进展,植物表型和表型组学也许可从此获益,我们通常对植物过程以及基因-表型关联关系的理解还非常不全面(Box1)。植物表型从本质而言非常复杂,因其是受多个环境因子影响的多个基因型互作的结果。互作一方面影响了研发项目和以结构性状加以描述植物生长;另外,也影响了以生理性状描述的植物功能。结构和生理性状一起最终决定了以生物量和产量体现的植株性能。不同组织水平或不同类别的表型性状可能在一个特殊环境或多个环境中有巨大相关性(变差)。如果性状较强,可削减表型复杂性(例如,不同测量性状),但是否需要如此则依赖于面对的生物学问题。

所调查的生物问题很多程度上决定了采用哪些感兴趣的表型性状,从而决定了使用何种表型系统和工具。从本质上加以探讨,表型系统本身的测量性状有限,这关系到,植物表型系统究竟是什么。植物表型是在给定环境下与基因型相关的一套结构、生理和性能相关性状。植物表型研究室测定此类性状的定量或定性值。假定表型组理论上包括一个给定基因型的所有可能基因型,植物表型组学可看作是研究多个基因的表型组学。除了提供进行表型研究的工具,植物表型系统通常包括植物在特定环境条件下研究植物生长的方法,植物生长或已经限定和控制或半控制或未控制和测量。植物表型系统的特征决定了其测定基因型数量以及环境条件范围或处理,决定了表型组学研究科持续性。表型系统一般以高通量分辨率以及维度来定义说明。

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2、Functional analysis of Arabidopsis and maize transgenic lines overexpressing the ADP-ribose/NADH pyrophosphohydrolase,AtNUDX7

最近,科研人员利用WIWAM XY植物表型成像系统在 期刊The International Journal of Developmental Biology发表了题为Functional analysis of Arabidopsis and maize transgenic lines overexpressing the ADP-ribose/NADH pyrophosphohydrolase的文章,这是今年以来利用该系统发表的第三篇文章。

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3、Altered expression of maize PLASTOCHRON1 enhances biomass and seed yield by extending cell division duration

玉米主要用作动物饲料,也可供人类食用,一小部分用于生产生物燃料。世界范围内,玉米年种植面积达1.8亿公顷,年产量接近10亿吨,是全球种植量最大的农作物。由于全球变暖以及极端天气状况对农业影响范围越来越广,研究新型玉米品种对保障充足的玉米产量极为重要,而通过选取促生长基因,育种者可以培育出改良的农作物品种,即使遭遇气候变化也能保证作物产量。

日前,来自比利时研究机构VIB-UGent的科学家发现了一种能显著促进植物生长、提高玉米种子产量的基因——磷脂酶A1基因(PLA1),试验结果表明提高该基因的表达,可以使杂交玉米种子产量增产10%到15%。

在此项研究中,德克·尹泽(Dirk Inzé)教授和希尔德·内利森(Hilde Nelissen)博士领导的 VIB-UGent科学家团队对玉米叶片发育的分子机制进行了研究。研究发现,磷脂酶A1的基因表达能够显著促进植物生长,并能使植物器官,如叶片、穗轴增大。细胞层面的研究结果也证明了磷脂酶A1能延长植物的生长期。希尔德·内利森博士称:“表达磷脂酶A1的植物生长期更长,它们的植株更大,能够产出更多籽粒,农民从中受益。”

在比利时和美国进行的多季节田间试验都表明,磷脂酶A1能增加玉米自交系和杂交种的生物量和种子产量。德克·尹泽教授称:“玉米叶片作为研究模型为科学家提供了新的探索视角,对研究如何提高诸如玉米等重要农作物的产量具有重要作用。”后续的研究重点在于揭示磷脂酶A1基因提高作物产量其背后更精确的分子机制。

另外,通过温室实验,研究人员发现磷脂酶A1对植物应对干旱胁迫也发挥着作用。磷脂酶A1的促生长特性在一定程度上可以减缓因长期缺水对植物生长造成的不良影响。《自然通讯》(Nature Communications)发表了温室试验结果、及在比利时和美国进行的为期两年的田间试验结果 。

比利时的田间试验是与农业渔业研究所(Institute for Agricultural and Fisheries Research, ILVO)合作研究的,VIB与ILVO战略联盟的一项任务就是将基础研究成果转化为实际的农业应用。

过去的几十年里,比利时的玉米种植显著增长,种植面积达24万公顷,是该国种植面积最广的农作物之一。

4、Robust increase of leaf size by Arabidopsis thaliana GRF3-like transcription factors under diferent growth conditions

最近,来自比利时根特大学VIB所等机构的科学家,利用WIWAM植物表型成像系统发表了题为Robust increase of leaf size by Arabidopsis thaliana GRF3-like transcription factors under diferent growth conditions的文章,对促进器官生长的基因进行了研究。VIB所的Dirk Inze教授团队一直致力于“Organ Size Control”的研究,前不久刚刚就PLA1促生长基因的研究发表了顶级论文。

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5、Arabidopsis thaliana GRF3-like transcription factors under different growth conditions

比利时根特大学的专家利用WIWAM XY植物表型系统发表了题为Arabidopsis thaliana GRF3-like transcription factors under different growth conditions的文章,发表在植物学著名期刊New Phytologist上。利用WIWAM XY最早进行拟南芥研究的文章发表在Nature Biotechnology上,影响因子高达40。

作为全球第一家将大规模自动化理念和工业级零件和设备整合入植物成像系统的厂家,SMO公司在植物表型成像分析领域处于全球领先的技术前列,大面积叶绿素荧光成像系统使WIWAM成为植物表型分析与功能成像领域最为先进的仪器设备,植物生长、胁迫响应等测量参数达几百个。工业级部件品质使系统非常耐用,基本免维护,与同类产品相比,特点突出。目前WIWAM植物表型平台分为WIWAM XY,WIWAM Line以及WIWAM Conveyor 3个系列。

WIWAM XY是一款高通量可重复性表型机器人, 用于对小型植物, 如拟南芥植物的研究。该机器人可定期对多种植物参数进行自动化灌溉和并测量多种植物生长参数。WIWAM XY代替了很多手工处理,省时省钱,精度极高。

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5、Time of day determines Arabidopsis transcriptome and growth dynamics under mild drought

比利时根特大学发表了的文章,前期研究中,用到了WIWAM植物表型成像系统。WIWAM植物表型成像系统是世界领先的植物表型成像平台,可整合市面上所有传感器。尤为突出的是,各国科学家已经利用WIWAM植物表型成像系统在顶级期刊发表多个论文。

6、Survival and growth of Arabidopsis plants given limited water are not equal

比利时根特大学VIB所利用WIWAM XY迄今为止发表的影响因子最高的论文,论文发表在业界鼎鼎大名的期刊-Nature Biotechnology上。该论文也是迄今为止,在植物表型组学设备领域发表的影响因子最高的期刊之一。

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最近几年,利用WIWAM植物表型成像系统发的文章呈现井喷的状态,2019到目前为止,已经发表了4篇研究文章,发表在知名期刊PNAS以及New Physiologist 等等。

7、Asaari MSM, Mertens S, Dhondt S, Inzé D, Wuyts N, Scheunders P (2019) Analysis of hyperspectral images for detection of drought stress and recovery in maize plants in a high-throughput phenotyping platform. Computers and Electronics in Agriculture 162: 749–758

8、Rosa NM la, Lin C-W, Kang YJ, Dhondt S, Gonzalez N, Inzé D, Falter‐Braun P (2019) Drought resistance is mediated by divergent strategies in closely related Brassicaceae. New Phytologist. doi: 10.1111/nph.15841

9、Woloszynska M, Gall SL, Neyt P, Boccardi TM, Grasser M, Längst G, Aesaert S, Coussens G, Dhondt S, Slijke EVD, et al (2019) Histone 2B monoubiquitination complex integrates transcript elongation with RNA processing at circadian clock and flowering regulators. PNAS 116: 8060–8069

10、Njuguna E, Coussens G, Neyt P, Aesaert S, Storme V, Demuynck K, Vanhaeren H, Dhondt S, Haver YV, Paul L, et al (2019) Functional analysis of Arabidopsis and maize transgenic lines overexpressing the ADP-ribose/NADH pyrophosphohydrolase, AtNUDX7. Int J Dev Biol 63: 45–55

北京博普特科技有限公司是比利时WIWAM植物表型成像系统中国区独家总代理,全面负责其系列表型成像产品在中国市场的推广、销售和售后服务。

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