Мультиспектральная визуализация раскрывает генетические секреты растений Phedimus для озеленения крыш

Декоративные растения, ценимые за разнообразные морфологические характеристики, всё чаще используются в городских инициативах по озеленению, например, для озеленения крыш. Однако такое применение сопряжено с проблемами, такими как малая глубина почвы и отсутствие полива, что требует использования устойчивых к этим условиям растений, таких как виды рода Phedimus.

Текущие исследования сосредоточены на понимании генетических и сезонных морфологических изменений у этих растений, особенно вариаций их окраски и паттернов покоя. Однако прогресс в генетических и селекционных исследованиях недостаточен, а методы оценки морфологических признаков всё ещё находятся на ранних стадиях разработки. Хотя современные достижения в анализе мультиспектральных изображений предлагают перспективные решения для неразрушающей оценки признаков растений, их применение для оценки декоративных растений всё ещё ограничено.

В июне 2023 года журнал Plant Phenomics опубликовал статью "Multispectral Phenotyping and Genetic Analyses of Spring Appearance in Greening Plant, Phedimus spp.".

В этом исследовании учёные использовали анализ мультиспектральных изображений для оценки окраски Phedimus spp. — ключевого атрибута декоративных растений, с целью улучшения методов селекции. Была создана популяция F₁ путём скрещивания двух типов Phedimus: P₁ (вечнозелёный) и P₂ (зимне-спящий).

Популяция F₁ показала признаки, более близкие к P₂, с существенным разнообразием в цвете, размере и форме листьев, а также высоте растений. Съёмка мультиспектральных изображений и анализ главных компонент (PCA) отражённых от растения длин волн выявили две основные компоненты, объясняющие более 95% вариаций.

PC1 в основном указывал на контраст между зелёным видимым светом и другими цветами, а PC2 представлял отражение ближнего инфракрасного (NIR) излучения. Примечательно, что растения F₁ сгруппировались ближе к P₂, что позволяет предположить, что P₁ отличался более высоким отражением зелёных длин волн. Также было изучено соотношение между цветом растения и площадью покрытия.

Обнаружена отрицательная корреляция между значениями PC1 и площадью покрытия растения, что указывает на то, что более низкие значения PC1 (указывающие на зелёный цвет) соответствовали большей площади покрытия. Ежегодные фенотипические корреляции показали, что зелёные длины волн и вегетационные индексы, связанные с биомассой и пигментами, положительно коррелировали.

В противоположность этому, не-зелёный видимый свет и индексы, связанные с антоцианами, демонстрировали положительную взаимосвязь, но отрицательную корреляцию с набором зелёного света. Анализ RAD-seq и количественных признаковых локусов (QTL) выявил значимые QTL в двух группах сцепления, LG-34.P2 и LG-7.P1, связанные с различными признаками, включая цвет листьев и покой. QTL на LG-34.P2 показал сильную ассоциацию с множеством признаков и оставался стабильным в течение двух лет измерений, что говорит о его значительном влиянии на цвет листьев.

В заключение, исследование продемонстрировало эффективность мультиспектральной визуализации в регистрации не только вариаций цвета листьев, но и генетических вариаций, влияющих на состояние покоя.

Этот метод обеспечивает более объективную и комплексную оценку по сравнению с традиционными техниками. Эти открытия дают новое понимание для генетического анализа цвета листьев и покоя у Phedimus spp. с потенциальными последствиями для селекционных программ, нацеленных на декоративные растения.