近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所玉米功能基因組創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首次系統(tǒng)揭示玉米根系構(gòu)型高通量表型組及微觀形態(tài)的遺傳基礎(chǔ)，研發(fā)了根系表型分析算法，構(gòu)建的機(jī)器學(xué)習(xí)模型實(shí)現(xiàn)了根系結(jié)構(gòu)智能預(yù)測(cè)與關(guān)鍵基因挖掘，為作物遺傳改良提供新策略與基因資源。相關(guān)研究成果發(fā)表在《宏（ imeta ）》上。
玉米根系的多樣性決定了其固根能力、養(yǎng)分吸收能力及抗逆性，對(duì)產(chǎn)量形成有至關(guān)重要的影響。但植物根系地下特性和表型檢測(cè)方法的局限性也給育種選擇帶來了很大的挑戰(zhàn)。
該研究對(duì)316個(gè)玉米品種的根系構(gòu)型及細(xì)胞結(jié)構(gòu)展開深入研究，獲取了131個(gè)根部性狀數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)熱帶、亞熱帶與溫帶玉米品系在部分根部性狀上存在顯著差異，通過全基因組關(guān)聯(lián)分析，鑒定出大量根系調(diào)控基因，證實(shí)了巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶 5（FUT5）在根系發(fā)育及耐熱性中的重要作用，其不同單倍型與主根特征存在關(guān)聯(lián)，具有育種應(yīng)用潛力。此外，開發(fā)了根系表型機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型 PRSA，結(jié)合根切片微表型數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了根系結(jié)構(gòu)智能預(yù)測(cè)，突破了傳統(tǒng)表型檢測(cè)瓶頸。該成果與前期研究共同構(gòu)建了玉米地上—地下、宏觀—微觀全方位表型分析體系，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建高預(yù)測(cè)精度的表型預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜農(nóng)藝性狀的早期精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，為玉米及其他作物智能設(shè)計(jì)育種提供技術(shù)支撐。
該研究得到農(nóng)業(yè)生物育種重大專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金及中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/imt2.70015
