近日，中國農(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，突破了傳統(tǒng)表型檢測瓶頸。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)測精度的表型預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜農(nóng)藝性狀的早期精準(zhǔn)預(yù)測，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)、國家自然科學(xué)基金及中國農(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
