Метод на основе глубокого обучения позволяет измерять угол флагового листа пшеницы в полевых условиях

Исследовательская группа под руководством профессора Цзян Ни из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук предложила экономичный метод для полевого получения изображений угла флагового листа (FLANG) и разработала легковесную модель глубокого обучения LeafPoseNet для точной оценки FLANG.

FLANG — один из ключевых признаков в селекции пшеницы из-за его важной роли в архитектуре растения, перехвате света и потенциале урожайности. Однако его измерение остаётся узким местом в высокопроизводительном фенотипировании для современной селекции и управления пшеницей из-за зависимости от трудоёмких и субъективных ручных измерений.

Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали LeafPoseNet — модель обнаружения позы на основе ключевых точек, которая автоматически обнаруживает три ключевые точки: центр флагового листа (точка L), соединение между флаговым листом и стеблем (точка J) и центр стебля (точка S), что позволяет автоматически рассчитывать FLANG.

По сравнению с современными моделями обнаружения ключевых точек, LeafPoseNet демонстрирует превосходную производительность, достигая средней абсолютной ошибки (MAE) 1.75°, среднеквадратичной ошибки (RMSE) 2.17° и коэффициента детерминации (R²) 0.998. Модель демонстрирует устойчивую локализацию ключевых точек для разнообразных форм листьев и в сложных сценариях. Благодаря лёгкой архитектуре и высокой вычислительной эффективности модель легко развернуть на смартфонах, что позволяет проводить высокопроизводительные быстрые полевые измерения.

Исследователи продемонстрировали применение LeafPoseNet для измерения FLANG в разнообразной панели из 221 образца мягкой пшеницы. Используя смешанную линейную модель (MLM) для полногеномного ассоциативного исследования (GWAS), они идентифицировали 10 локусов количественных признаков (QTL), ассоциированных с FLANG, что даёт важное представление о генетической архитектуре FLANG у пшеницы.

Это исследование, опубликованное в The Crop Journal, предоставляет удобный инструмент для высокопроизводительного полевого измерения FLANG у пшеницы, что способствует селекции и генетическому анализу.