第15章 表型与作物遗传育种结合

表型与作物遗传育种结合HUAZHONGAGRICULTURALUNIVERSITY1目录CONTENTS第一节植物表型组瓶颈第二节高通量表型和遗传定位第三节推荐阅读第四节思考与讨论2一、表型组学瓶颈植物表型（Plant

phenotyping）：从器官到冠层水平测量植物生长性状的一套方法学和方案（1911）。•植物表型组学（Plant

phenomics）：植物发育过程中，非破坏性的、准确获取的高维表型数据（1997）。3一、表型组学瓶颈4低效、主观、可重复性差、低质量、

有损伤株型产量性状株高

叶夹角

绿叶面积及生物量穗粗

粒长

粒宽

粒重传统测量表型：植物生物学的“瓶颈”一、表型组学瓶颈5表型组学能否解决这一“瓶颈”？

图像处理“Plant

Phenomics”光子学和计算机成像技术二、高通量表型和遗传定位6分子育种传统育种高通量基因分型工具高通量表型工具功能基因组学作物遗传&改良高通量表型对现代遗传育种改良的意义二、高通量表型和遗传定位7表型：田间-细胞单株器官小区组织细胞大田二、高通量表型和遗传定位8电磁波光谱二、高通量表型和遗传定位9叶绿素分蘖株型产量圆锥花序光学成像技术在作物表型鉴定中的应用二、高通量表型和遗传定位10植物表型组学不同成像技术的比较二、高通量表型和遗传定位11无人机：玉米株高二、高通量表型和遗传定位12ID性状

环境作物平台

表型群体a群体大小标记数目定位方法发表年1农艺产量温室水稻HRPF33性状：投影面积，形态性状，

纹理特征IAP5334,358,600SNPsGWAS20142农艺产量温室拟南芥PHENOPSIS

投影面积干重险种含水量IAP324~215000

SNPsGWAS20153农艺产量温室玉米IPK生物量生长速率IAP25250K

SNParrayGWAS

&GS20164农艺产量温室水稻PANorama49分蘖性状IAP/RIL242/168700,000SNPs/30,984

SNPsGWAS&连锁分析20165农艺产量温室玉米RAP-Maize株型，叶结构，

颜色，

生物量，

生长速率等RIL1672,496重组bin连锁分析20176农艺产量温室水稻高光谱图像

(HHIS)

高光谱性状，比如叶绿素含量IAP5294,358,600SNPsGWAS20177农艺产量温室水稻高通量微型CT-RGB

(HCR)图像

系统,YTS74个表型：分蘖，干重IAP2342,863,169SNPsGWAS20188产量

大田面包麦半自动系统

产量性状，低N下叶绿素含量IAP21168,958

SNP功能定位,GWAS20189生物量大田黑小麦Breedvision

生物量DH6471710DArT

markersGWAS201310颜色

大田蔓越莓Digital

phenotyping

颜色性状全同胞/半同胞家

系163/64/2676073markers连锁分析201811干旱温室野生大麦LemnaTec

3D

Scanalyzer14性状：高度颜色生物量ILs421,536

SNPs连锁分析201412干旱

温室+大田小麦LemnaTec

3D

Scanalyzer生物量，叶面积，生长速率，

蒸腾速率RIL250--连锁分析201513干旱

大田苹果无人机多光谱系统形态性状，呼吸性状F1群体122177

SSR

and

SNP连锁分析201514干旱温室水稻HRPF,HLS传统抗旱性状及基于图像的性

状IAP/RIL507/1924,358,600SNPs/2499binsGWAS201815干旱+生物量

温室拟南芥Phenoscope

投影面积，相对膨胀率RIL358--连锁分析201316耐盐

温室水稻LemnaTec

3D

Scanalyzer

system

生长，蒸腾性状IAP553700k

SNPsGWAS201617叶片

温室辣椒多摄像机设备叶片大小面积角度，株高等RIL151493连锁分析201218叶片

--水稻HLS叶片大小，性状，颜色等29个

性状IAP5334,358,600SNPsGWAS201519微观水平温室玉米高通量图像处理顶端分生组织IAP3691.2M

SNPsGWAS201520微观水平温室玉米Axio

Imager.Z10

顶端分生组织BC841--连锁分析201621根

大田水稻3D根表型及分析

25根结构RIL171--连锁分析201322根

温室拟南芥图像系统

(11摄像机)

根尖角度，根结构RIL/NIL162/92--连锁分析201323根

温室水稻Rhizoscope

表型平台根系统，生物量IAP16716,664标记GWAS201324根

温室油菜Flatbed

scanner

P胁迫下主根长生物量等性状DH190798连锁分析2013基于

不

同

表

型平

台

遗

传

定

位

研

究二、高通量表型和遗传定位13核磁共振分析仪提高玉米油分育种效率ModifiedfromMooseetal.TrendsPlantSci2004,9:359-364;Songetal.Maydica2004,49:9-14;Wangetal.CropSci2009,49:459;Lucasetal.2013SeedGenomics玉米含油量育种效率的提高，得益于核磁共振分析仪的使用TongmingSong(宋同明)二、高通量表型和遗传定位14基于油分标记，实现自动化、智能化、规模化鉴别玉米单倍体籽粒1.单倍体育种技术能够快速获得纯系，而传统育种需要5-6代，大大缩短育种年限，加速育种进程，开辟了玉米育种的新途径。2.高效识别玉米孤雌生殖单倍体能够大力推进单倍体育种技术的应用与普及，为玉米育种提供强大支撑。3.陈绍江（2003）提出了油分鉴定单倍体的方法。此方法基于油分的花粉直感效应。玉米的油分含油量集中于胚中，而且油分性状表达较稳定，诱导后的单倍体由于是孤雌生殖表现为低油，而杂交籽粒由于花粉直感效应表现为高油。CAUHOI为中国农业大学培育的玉米高油诱导系。基于R-nj基因颜色标记鉴定单倍体是目前主要的鉴定方法。核磁共振分析仪可以基于油分含量区分单倍体和二倍体杂交种。二、高通量表型和遗传定位151.没有校正抽穗期,在GS模型中，次级性状可以

提高产量预测精度至70%；2.

当考虑抽穗期，模型预测精度基本不变；结论：

高通量表型获得的次级性状可以用于基因

组选择并增加其预测精度。高通量表型与全基因组选择CIMMYT：干旱：2014和2015高温：20151170份小麦的高通量表型+2254GBS标记结论：高通量表型可以改善模型表现、增加预测精度。GS策略是植物育种家提高遗传增益率及更有效地选择优良高产作物品种的一种简便方法。三、推荐阅读161.杨小红，严建兵，郑艳萍，等.植物数量性状关联分析研究进展［J］.作物学报，2007，33：523-530.了解关联分析优缺点及其影响因素。2.张启发.中国学科发展战略·作物功能基因组学［M］.北京：科学出版社，2019.了解作物功能基因组学发展历史、研究现状、研究成果及未来挑战，尤其是连锁、关联分析在植物中的应用情况及表型组学的研究现状。3.章元明.作物QTL定位方法研究进展［J］.科学通报，2006，51：2223-2231.了解QTL定位方法的发展历程。4.XiaoY，LiuH，WuL，etal.Genome-wideassociationstudiesinmaize：praiseandstargaze［J］.MolecularPlant，2017，10（3）：359-374.了解玉米关联分析研究进展。5.YangW，FengH，ZhangX，etal.Cropphenomicsandhigh-throughputphenotyping：pastdecades，currentchallenges，andfutureperspectives［J］.MolecularPlant，2020，13（2）：187-214.了解表型组学研究进展、未来展望及其在植物的应用情况。6.YangW，ZhangX，DuanL.High-throughputphenotyping（HTP）andgeneticanalysistechnologiesrevealthegeneticarchitectureofgraincrops［C］.I