КТ-сканирование зёрен пшеницы для оценки устойчивости к стрессу
Учёные разработали метод компьютерной томографии (КТ) для скрининга больших образцов пшеницы на устойчивость к засухе и жаре.
Новая система позволит проводить более точный и значительно более быстрый анализ колосьев пшеницы, ускоряя селекцию растений, лучше адаптированных к изменению климата. Она также позволит автоматически анализировать некоторые характеристики зерна, которые было сложно или невозможно измерить вручную.
Исследование — результат сотрудничества Школы сельского хозяйства, продовольствия и вина Университета Аделаиды (Австралия) и Центра разработки рентгеновских технологий Института интегральных схем Фраунгофера (Германия).
Учёные из Исследовательского центра ARC по пшенице в условиях жары и засухи и The Plant Accelerator (Университет Аделаиды) и Института Фраунгофера утверждают, что их метод позволит измерять характеристики зерна с высокой точностью и пропускной способностью. Работа опубликована в журнале Plant Methods.
Ведущий автор, недавняя выпускница докторантуры Университета Аделаиды доктор Джессика Шмидт, отмечает, что для идентификации генов, ответственных за урожайность и устойчивость к стрессу, требуется точный анализ компонентов урожайности зерна вдоль каждого колоса.
В настоящее время данные об урожайности получают путём грубого машинного обмолота в полевых испытаниях (с потерей или разрушением многих семян) или, в случае тепличных испытаний, — трудоёмким, дорогим и медленным ручным обмолотом и измерениями.
«Эта система обеспечивает не только гораздо более точное, но и быстрое решение для определения даже самых малых различий в характеристиках зерна, — говорит она. — Это позволяет нам сравнивать гораздо большее количество генетически различных растений, что важно для выявления геномных регионов и механизмов устойчивости к стрессу, которые позволят растениям хорошо развиваться в условиях изменения климата».
«Она также позволяет анализировать признаки, которые было либо очень сложно, либо трудоёмко измерять, такие как размер, морфология и вес зерна вдоль колоса. Это актуально, когда стресс воздействует на разных этапах развития. Например, мы наблюдали определённые типы морфологии семян, вызванные засухой и тепловым стрессом в предыдущие годы, но никогда не могли их классифицировать или проанализировать».
Научный директор узла в Аделаиде Австралийского центра фенотипирования растений доктор Беттина Бергер добавляет: «Важно, что этот метод можно автоматизировать — это позволит нам с высоким разрешением измерить сто тысяч колосьев пшеницы всего за пару месяцев. Это означает, что мы сможем анализировать зерно в крупных генетических исследованиях и селекционных программах, где ежегодно приходится оценивать сотни тысяч колосьев злаков».
Исследователь Института Фраунгофера Йоэль Клауссен поясняет: «Компьютерная томография — хорошо зарекомендовавший себя метод в медицине, но попытки адаптировать его для фенотипирования растений сталкивались с техническими проблемами».
«Нам удалось разработать систему, которая позволяет сканировать гораздо быстрее, а также реконструировать морфологические изменения, характерные для пшеницы, выращенной в условиях стресса. Это надёжная, быстрая и точная система для оценки сортов на улучшенную урожайность и устойчивость к климату».