作物表型組學(xué)和高通量表型技術(shù)最新進(jìn)展(2020.2.2 Plant Biotechnology Journal)

近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物表型團(tuán)隊在《Molecular Plant》發(fā)表題為“Crop Phenomics and High-Throughput Phenotyping： Past Decades， Current Challenges， and Future Perspectives”的綜述文章。詳細(xì)介紹了近十多年作物表型領(lǐng)域發(fā)展比較迅速的室內(nèi)動態(tài)表型技術(shù)（模式作物地上表型技術(shù)、高通量地上表型技術(shù)、根系表型技術(shù)），田間表型技術(shù)（機(jī)器人表型技術(shù)、無人機(jī)表型技術(shù)、便攜式表型技術(shù)），收獲后對產(chǎn)量和品質(zhì)等表型鑒定的表型技術(shù);總結(jié)了高通量表型技術(shù)在遺傳定位、基因組選擇及作物育種領(lǐng)域的最新進(jìn)展;并提出了表型組學(xué)當(dāng)前的挑戰(zhàn)和未來發(fā)展趨勢。

近年來，水稻、玉米、小麥等主要農(nóng)作物基因組測序相繼完成，作物功能基因組學(xué)研究已進(jìn)入大數(shù)據(jù)和高通量時代，而能實現(xiàn)大規(guī)模檢測的高通量作物表型技術(shù)已成為制約作物功能基因組和作物育種發(fā)展的主要瓶頸。隨著新的光學(xué)成像技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷革新和發(fā)展，作物表型組學(xué)作為一門典型的交叉學(xué)科，將有潛力解決這一瓶頸。本綜述中，作者詳細(xì)回顧了近十多年作物表型領(lǐng)域最新進(jìn)展以及在作物遺傳育種中的最新應(yīng)用，并結(jié)合國際植物表型組學(xué)會（IPPN）全球表型用戶調(diào)研報告和作物表型技術(shù)發(fā)展趨勢，作者提出5個當(dāng)前主要挑戰(zhàn)和未來發(fā)展趨勢：（1）突破田間根系的無損動態(tài)檢測技術(shù);（2）結(jié)合根系表型和深度學(xué)習(xí)等表型技術(shù)將復(fù)雜非生物脅迫性狀解析為簡單的圖像性狀加速遺傳解析;（3）研發(fā)智能田間表型機(jī)器人、低成本便攜田間表型檢測儀、標(biāo)準(zhǔn)圖像分析軟件、并結(jié)合環(huán)境等多組學(xué)數(shù)據(jù)實現(xiàn)“預(yù)測表型組”;（4）實現(xiàn)海量圖像分析、大數(shù)據(jù)管理和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)共享;（5）如何應(yīng)對表型人才不足問題：基于此，我國高校和科研院所創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，比如華中農(nóng)業(yè)大學(xué)提出智慧農(nóng)業(yè)本碩博專業(yè)一體化培養(yǎng)思路和方案，以期為未來農(nóng)業(yè)培養(yǎng)更多的多學(xué)科交叉融合人才。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楊萬能教授、馮慧老師及河南農(nóng)業(yè)大學(xué)張雪海老師為本論文并列第一作者，楊萬能教授為通訊作者;英國亞伯大學(xué)John H.Doonan教授、美國奧本大學(xué)William David Batchelor教授、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)嚴(yán)建兵教授、熊立仲教授、張建副教授參與本論文撰寫工作;感謝國際植物表型組學(xué)會IPPN提供全球表型用戶調(diào)研數(shù)據(jù)，感謝華中農(nóng)業(yè)大學(xué)施家偉碩士生參與本文圖片設(shè)計。

作者注：發(fā)展作物表型技術(shù)、建設(shè)作物表型設(shè)施或平臺不能單一依靠國外引進(jìn)，也不應(yīng)只注重硬件建設(shè)，應(yīng)堅持“硬件設(shè)施和軟件技術(shù)并重”，尤其注重多學(xué)科交叉人才培養(yǎng)，加強(qiáng)國際互作合作，提倡標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)共享，發(fā)揮表型技術(shù)最大潛力，讓表型技術(shù)成果真正在田間地頭生根發(fā)芽。