作物、植物表型組學研究

WIWAM高通量植物表型成像系統由比利時SMO公司與Ghent大學VIB研究所研制生產，整合了LED植物智能培養、自動 化控制系統、葉綠素熒光成像測量分析、植物熱成像分析、植物近紅外成像分析、植物高光譜分析、植物多光譜分 析、植物CT斷層掃描分析、自動條碼識別管理、RGB真彩3D成像等多項*技術，以較優化的方式實現大量植物樣 品——從擬南芥、玉米到各種其它植物的生理生態與形態結構成像分析，用于高通量植物表型成像分析測量、植 物脅迫響應成像分析測量、植物生長分析測量、生態毒理學研究、性狀識別及植物生理生態分析研究等。

室內植物表型成像系統WIWAM Line

WIWAM葉綠素熒光成像模塊是革新性的植物葉綠素熒光成像系統，是專門針對整個植株成像的相機系統，成像方式為遠程成像，高分辨率和高速成像。生成圖像提供了光合作用性能信息。該模塊有兩種版本: 高分辨率版本和高速版本。同時配有分析軟件，可為科學研究和工業應用提供少有的解決方案。所依據的原理是基于持續激發成像熒光計，用以測量Kautskyis響應曲線。采用了高能紅燈來使光合作用飽和，通過使用敏感相機，在不同時間點對相應曲線成像以測量F0和Fm。依賴于所拍攝圖像的有效信號/噪音比，相機積分時間是從20µs-1ms。紅光燈的典型照射強度是1000-5000µmol/(m2s)。

WIWAM葉綠素熒光成像模塊的版本

1.高分辨率版

此版本特點是高分辨率，成像可達1.4Mp,14bitA/D模數轉化生成16384灰度值/像素以及15幀/秒。距離在80cm時，成像面積直徑達到50cm。相機可以用于單株植物詳細成像或對擬南芥植物的多個小植株成像在一起。

2.高速版

此版本專為在高幀速拍攝響應曲線設計。每秒可拍攝380幀圖想，分辨率可達320×240像素，14bit的A/D模數轉化。

WIWAM葉綠素熒光成像模塊應用

高通量篩查: 在此類應用中，系統安裝在植物傳送帶上方(頂視)或側面(側視)。系統拍攝圖像需要400ms，計算光合性能。這意味著其可以典型的每小時4000株植物的速度來篩查植物。

多熒光成像：研究上，系統可配備拓展濾波輪，于不同熒光波段成像。客戶可濾波輪。有15種濾波輪供備選(1英寸光學濾波）多光譜成像：另外應用是光譜成像。這樣可使用用于熒光成像的相同相機拍攝光譜圖像。第二濾波輪利用白燈可使用15個不同光譜波段。除了光譜圖像，也可拍攝彩色圖像(RGB)。

多熒光和光譜成像：光譜和熒光多波段成像可集成在一個相機系統中。此CropReporter系統可在例如12個波段測量多熒光圖像，3彩濾波(RGB)以及15種不同光譜波段。總共可達30個濾波輪。依據客戶要求，還可提供其它濾波組合。

紅掌植物彩圖

紅掌植物葉綠素熒光圖

紅掌植物Fv/Fm圖

科研背景介紹

植物生長、活力以及品質主要依賴于其水分吸收、營養、二氧化碳以及光合作用中光的作用。光合作用中，生成了糖和淀粉。光在此過程中作用非常關鍵，因光吸收累積了化學能，是植物生長的能量來源。脅迫條件，如干旱，惡劣溫度、病害，害蟲、除草劑以及營養缺乏會降低其生長速度。

光合作用

通過測量光合作用中的光吸收利用程度，植物的監控，活力以及品質可以數字表述：光合作用效率。該數字指示了多少的光轉化到生長當中。植物可達到83%的光合效率。只意味著達83%的葉綠素捕獲光真正用于光合作用，用于糖和淀粉生產。當光合作用不起作用時，光合效率為零，沒有光被吸收用于光合作用。

葉綠素熒光

植物體內的葉綠素在光照射時發出熒光。這意味著一旦植物被紅光照射，植物發射出較深顏色的紅彩色。 使用鏡頭中的光學濾波輪，可以拍攝熒光圖片。采用特殊測量程序，可從這些熒光信號計算光合效率。

Over expression of F-Box Nictaba Promotes Defense and Anthocyanin Accumulation in Arabidopsis thaliana After Pseudomonas syringae Infection

丁香假單胞菌感染后F-Box-Nictaba的過度表達促進擬南芥的防御和花青素積累

丁香假單胞菌。番茄DC3000（Pst DC3000）是一種著名的病原菌和模式生物，用于研究植物與病原菌的相互作用和隨后的植物免疫反應。許多研究已經證明了Pst DC3000對擬南芥植物的作用，以及III型效應物是如何促進細菌毒力和致病機理的。F-Box-Nictaba（由At2g02360編碼）是一種脅迫誘導凝集素，在Pst DC3000感染后在擬南芥葉片中上調。在本研究中，優化了接種試驗，以檢查細菌感染后不同表達水平F-Box-Nictaba的轉基因擬南芥幼苗的性能。利用多光譜和熒光成像結合分子技術，研究了感染兩種毒力菌株（Pst DC3000及其鞭毛蛋白1fliC缺陷突變株）的擬南芥葉片中的疾病癥狀、F-Box Nictaba轉錄水平和疾病相關基因。對感染熒光標記Pst DC3000的植物的分析使我們能夠研究植物系之間細菌定植的差異。在感染后期，過表達植株的細菌含量降低。我們的研究結果表明，F-Box-Nictaba的過度表達可減少細菌感染后的葉片損傷，而基因敲除和基因敲除系并不比野生型植物更容易受到假單胞菌感染。與野生型和敲除型植物相比，F-Box Nictaba的過表達株系在Pst DC3000感染后花青素含量顯著增加，光系統II（Fv/Fm）效率更好，葉綠素含量更高。F-Box-Nictaba的過度表達與水楊酸（SA）相關防御基因的表達增加一致，證實了早期數據顯示F-Box-Nictaba是SA依賴性防御Pst DC3000感染的一部分。在假單胞菌感染后，敲除系對植物癥狀沒有明顯影響，表明F-BoNictaba基因之間可能存在基因冗余。

圖1.轉基因品系中的F-BoxNictaba轉錄水平

在15天齡的幼苗中對F-Box Nictaba的轉錄水平進行了量化（圖1）。過度表達系OE4和OE6顯示F-Box Nictaba的轉錄水平分別增加93倍和468倍。相反，與野生型植物相比，基因敲除系（KD）顯示F-Box-Nictaba水平下調10倍。敲除系KO2中F-Box Nictaba的轉錄水平與野生型植物沒有差異。這可能是因為引物沒有覆蓋缺失區域，但是RNA轉錄本會產生一個缺陷蛋白。

圖2.與模擬處理的植物相比，Pst DC3000 感染對接種后3天的17天齡擬南芥植物中的蓮座叢大小、光系統II效率(Fv/Fm)和葉綠素含量 (ChlIdx) 的影響

用PstDC3000感染14天大的擬南芥植物，并在接種后3天進行分析，以確定細菌感染對三種不同植物參數的影響：蓮座大小、光系統II的效率和葉綠素含量（圖 2-4）。過表達F-Box Nictaba的植物的花環明顯小于在相同條件下生長的野生型植物的花環（圖 2）。 KD和npr1-1 植物呈現相同的趨勢。相比之下，敲除系KO2和KO5產生更大的玫瑰花結。當植物被PstDC3000感染時，所研究的所有植物品系的蓮座大小都顯著減小，這是感染的一種癥狀。細菌感染后，OE4、OE6和KD植物的花環仍顯著小于WT植物的花環。

圖3、4模擬處理和Pst DC3000接種后3天擬南芥花環的多光譜圖像

在模擬處理的和PstDC3000感染的植物中分析了花青素含量（圖3、4）。野生型和轉基因植物之間的比較分析表明，KO5、KD和npr1-1的 mARI水平低于模擬處理的野生型。在相同條件下，過表達株系的mARI值高于KD、KO2、KO5和npr1-1植物。在Pst DC3000感染后，OE4和OE6系均顯示出增加的mARI水平，而在野生型和KO2植物中降低。KD植物在模擬植物中顯示出顯著較低mARI 水平，但與OE系相似感染后花青素水平顯著高于野生型植物。但感染并沒有增加KD植物中的花青素含量。在同一株系中，模擬處理后KO株系的花青素含量低于野生型植物，但這些KO株系在感染后的 mARI水平沒有顯著變化。

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