Rapid three-dimensional phenotyping of congenital heart disease in mouse by micro-CT

Objective To establish three-dimensional phenotyping system for congenital heart disease in mouse and to lay a foundation for the study of phenotype identification and mechanism of congenital heart disease.Methods Twelve SPF C57BL/6 J wild type pregnant mice(8-10 week-old)were randomly divided into control group(n=6)and experimental group(n=6).

基于CNN的作物分类识别图像获取平台研究进展

基于机器视觉的作物精准分类识别是农业自动化、智能化作业的前提。在作物图像分类识别任务中,卷积神经网络(CNN)是当前应用最广泛的算法之一。作物表型特征及生长环境的复杂性,决定作物图像获取平台的多样性。通过分析2020—2022年国内外基于CNN的作物分类识别研究,图像获取平台可划分为通用平台和自建平台两大类:通用平台硬件产品成熟、部署方便,但要做好设备选型和环境搭建;自建平台分为固定式和移动式,能高效获取试验数据,但硬件集成较为复杂。详细对比分析各类平台的优缺点及适用范围。作物图像获取平台的未来趋势包括:高通量、高效率、自动化的通用图像获取装置,集成多种传感器的多模态数据采集与融合应用,自带运算处理的智能摄像头等,更精细化的图像获取平台将有效支撑作物表型的深入研究。

玉米矮秆突变体20F421的表型鉴定及遗传分析

矮秆资源是农作物矮化育种的物质基础,发掘矮秆基因资源对培育矮秆新品种具有重要作用。为了明确^(252)CF裂变快中子辐射诱变玉米自交系KWS49筛选得到的矮秆突变体20F421的遗传特性和矮化机理,以20F421为材料分别与玉米自交系PH6WC、B73、Mo17及KWS49杂交构建F_(1)和F_(2)分离群体,分析矮秆性状的遗传模式,并以(20F421/B73)F_(2)为定位群体,采用混池转录组测序(bulked segregant RNA-seq,BSR-seq)方法初步定位突变基因。结果表明,与KWS49相比,20F421的植株高度为95.2 cm,降低47.89%;穗位高度为23.9 cm,降低64.54%;茎秆节间长度显著缩短、叶片较直立密生,自交结实良好。遗传分析表明,F2分离群体野生型(高秆)与突变型(矮秆)植株性状分离比例符合3∶1,表明该突变体受单个核隐性基因控制;BSR-seq结果将突变基因定位在1号染色体177~255 Mb之间。通过与B73参考基因组进行比对发现,该区间内含有矮秆基因Br2,将20F421与br2突变体杂交进行等位性检测,F_(1)和F_(2)的株高均没有发生性状分离,表现为突变体20F421和br2表型,推测20F421的矮秆突变基因为矮秆基因Br2的等位突变。研究结果为进一步精细定位、克隆突变基因奠定基础,也为解析玉米矮化机理和培育矮秆玉米新品种提供重要基因资源和理论支撑。

燕麦不同组合正、反交杂种后代的表型及遗传参数分析

为了明确燕麦不同组合正、反交杂种后代的表型差异及遗传变异情况,本研究以福瑞至(F709)与709(709F)、牧乐思(ML2)与陇燕2号(L2M)为亲本配制正、反交组合,用简单序列重复分子标记对杂种F1代进行了鉴定,比较了正、反交杂种的表型差异,并分析了杂种F_(2)代的遗传变异及多样性。结果表明:用SSR分子标记从37个F_(1)单株中共鉴定出32个真杂种,占比86.5%。福瑞至和709、牧乐思和陇燕2号组合的F_(1)真杂种率分别为88.9%和84.2%。正、反交对杂种后代的表型有显著影响。F709-F_(1)的旗叶比反交的窄19.4%;ML2-F_(1)的主穗粒数比反交少12.2%。F_(2)群体遗传变异幅度较大。同一性状在正、反交F_(2)中的遗传变异系数(G_(cv))、广义遗传力(Hb)和相对遗传进度(ΔGt)存在显著差异。F_(2)群体株高的遗传变异系数较小(4.50%~10.27%)、广义遗传力较高(33.12%~85.41%),分蘖数和有效分蘖数的相对遗传进度较大。福瑞至和709的正、反交F2群体的穗下节长的广义遗传力是所有指标中最低的,分别为14.13%和23.81%,相对遗传进度也最小。主穗粒数的Gcv在其正、反交F_(2)中的差异最显著,在F709-F_(2)中为7.09%,反交中增至19.03%;F709-F_(2)的Hb为22.54%,反交则为66.01%。牧乐思和陇燕2号的正、反交F_(2)群体叶片数的广义遗传力最高(99.53%),几乎不受环境的影响。ML2-F_(2)旗叶宽的Hb为9.07%,其ΔG_(t)为2.79,反交中旗叶宽的Hb为30.23%,ΔGt为9.77。10对SSR引物对F2群体扩增的多态性比率达73.5%,实际杂合度为0.35~0.99,远高于期望杂合度;Nei’s基因多态性、香农指数分别为0.29~0.50和0.53~0.71,F_(2)群体分离现象明显,遗传变异幅度大,具有较大的选择空间。

白三叶杂交F1代群体的表型鉴定及SSR分析

早期快速鉴定白三叶(Trifolium repens L.)F1杂交子代,获取真杂种对白三叶优良品系的培育和遗传学研究具有重要的意义。本文针对两个白三叶亲本及55个杂交F1的6个表型性状进行分析,绘制聚类热图,再选用3对特异性SSR引物鉴定杂交F1代的真实性。结果表明,在聚类热图中57个株系可以根据亲本的表型性状划分为父本型和母本型。筛选出的19对SSR引物共扩增共得到清晰可辨条带281条,多态性条带137条,多态位点占比为48.41%,每个SSR位点的PIC在18.49%~43.58%之间,平均值为34.73%。其中3对特异性引物在55个杂交后代中共鉴定出53个真杂种,真杂种比率为96.36%,与UPGMA聚类分析结果基本一致。19对SSR分子标记引物具有较高的多态性,可直接用于白三叶遗传多样性分析、杂种鉴定等相关研究,鉴定到的白三叶F1代真杂种为后续育种工作奠定重要基础。

浙江红花油茶×广宁红花油茶杂交子代的表型性状及其SSR分子鉴定

浙江红花油茶(Camellia chekiangoleosa)种仁含油率和油酸含量高,广宁红花油茶(C.semiserrata)具有较强的生长势和抗性。为了利用浙江红花油茶和广宁红花油茶的优点,培育优良种质材料,该研究对浙江红花油茶与广宁红花油茶的45个F_(1)杂交子代进行表型性状分析,以掌握杂交子代的表型性状情况,同时利用SSR标记对其进行杂种真伪鉴定,并筛选可用于油茶杂交子代鉴定的SSR标记。结果表明:(1)浙江红花油茶×广宁红花油茶的F_(1)子代表现为树形高大、生长迅速且其叶脉、萼片、柱头均倾向于父本广宁红花油茶的性状,而花和叶片形态等性状与母本浙江红花油茶接近,叶片颜色与大小等特征介于双亲特征之间。(2)从32个SSR标记中筛选出了8个可区分双亲且能明确杂交子代来源的完全互补型标记,用于开展杂交子代鉴定,其中7个标记杂种鉴定效率高达100%,1个标记杂种鉴定效率为55.56%;8个标记相互补充鉴定出45个杂交子代全是真杂种。(3)8个SSR标记对杂交子代进行的鉴定能力验证表明,利用这些SSR标记鉴定油茶杂交子代是可行的。该研究结果为油茶物种间的杂交育种提供了参考,同时也为后续油茶物种间的杂交子代SSR标记鉴定提供了依据。

169份番茄种质资源表型性状遗传多样性分析及综合评价

【目的】分析来自世界各地的栽培番茄和野生种质资源表型遗传多样性,并进行聚类分析和口感表现综合评价,筛选特异、优质的番茄资源,为番茄优异基因挖掘及番茄育种提供种质和理论支撑。【方法】以国内外收集的169份番茄资源为研究对象,测定全生育期38个表型性状,通过遗传多样性指数、主成分分析、权重、系统聚类、隶属函数等多元统计分析方法,对番茄种质表型进行遗传多样性分析、聚类分析及口感综合评价。【结果】169份番茄表型性状变异系数在18%—368%、遗传多样性指数在0.036—2.302,遗传多样性指数>1的性状有26个,其中成熟果色的遗传多样性指数最高(2.302),说明本研究中的169份番茄类型多样、遗传多样性丰富。相关性分析表明株高较高、单花序花数多、果实小的番茄糖酸比更高。主成分分析表明16个表型性状(单果重、心室数、果肩形状、果肩棱沟、商品果纵横径、糖酸比、可溶性固形物、木栓化大小、生长习性、株高、第二花序节位、花序类型、成熟果色、花序花数、株型)对资源变异的贡献率比较大,可作为聚类分析的主要指标;聚类分析结果表明:169份番茄资源在欧氏距离5.0处划分为10大类群,第Ⅰ、Ⅱ类群为奇斯曼尼番茄,第Ⅲ、Ⅹ类群为不同果实大小的直立番茄,第Ⅳ、Ⅴ类群为无限生长的普通大果型番茄,第Ⅵ类群是直立型的大果番茄,第Ⅶ、Ⅷ类群多为樱桃番茄、少部分醋栗番茄,第Ⅸ类群为有限生长型的大果番茄。利用隶属函数法和权重对番茄果实口感风味进行综合评价,根据综合评价D值排名筛选了10份风味甜酸、口感好的醋栗番茄、樱桃番茄,5份口感甜、肉质沙软的大果番茄资源。【结论】研究结果明确了169份番茄种质资源表型特异性和丰富的遗传多样性,聚类分析筛选出各类群特异的番茄资源,利用果实口感相关指标筛选了表现较好的樱桃番茄和普通大果番茄资源,可为优异番茄资源的遗传改良提供参考,并为新品种选育提供物质基础。

3种野生铁线莲杂交子代表型性状及ISSR分子鉴定

为培育铁线莲新品种、丰富其栽培类型,以大叶铁线莲、卷萼铁线莲、短尾铁线莲3种不同生长类型的野生铁线莲为亲本进行远缘杂交育种并鉴定其子代的真实性,探究子代与亲本的遗传变异规律和遗传多样性。结果表明:利用12条ISSR引物对3个亲本的6个杂交组合的子代进行真实性鉴定,47个子代鉴定出了43个真杂种。杂交亲本及子代的等位基因数变化范围为1.731~1.937,有效等位基因数变化范围为1.449~1.613,期望杂合度变化范围为0.273~0.352,多样性指数在0.417~0.527之间,表明子代具有丰富的遗传变异。杂交子代部分表型性状受到了亲本的影响,在直立和藤蔓2种亲本生长类型的基础上出现了匍匐生长类型的子代,萼片长度、萼片宽度、花径、叶片宽度呈现增加趋势,其余花部和叶部性状则相反。表型性状结合分子标记可有效用于野生铁线莲杂交子代早期真实性鉴定,缩短育种周期,为新品种选育提供理论依据。

木豆小叶突变体的表型鉴定及遗传分析

叶片是植物体与周围环境之间进行物质交流与能量转化的主要器官,对植株的生长发育起着关键的作用。本研究对前期航空诱变获得的木豆(Cajanuscajan)小叶突变体进行了表型鉴定。结果表明:其叶宽、叶长、叶面积与野生型相比均显著变小(P<0.01),而叶片长宽比显著变大(P<0.01)。通过对小叶突变体和野生型‘ICPL81-3’杂交构建的F2群体进行表型观察发现,不同单株的叶宽、叶长、长宽比和叶面积在F2群体中均有较大变异,且显著相关,其中叶宽和叶面积呈现明显双峰分布,叶宽表型符合3∶1分离(X^(2)<X^(2)_(0.05,1)=3.84),表明小叶突变性状受隐性单基因控制。利用SSR标记和InDel标记结合混池分离群体分析法(Bulksegregation analysis,BSA)进行小叶基因初定位,获得在两个基因池内具有明显差异的1个InDel标记PA094,经基因池各单株检测和F2群体单株检验,证实PA094和小叶突变性状具有稳定的连锁关系。研究结果为后续开展木豆小叶基因的精细定位及其基因克隆提供了重要基础。

玉米籽粒发育突变体emp35的表型分析与基因定位

为解析玉米籽粒形成的遗传基础,探究Emp35基因在玉米籽粒发育中的作用,对籽粒缺陷突变体empty pericarp35(emp35)进行表型鉴定、胚乳细胞显微观察、胚乳贮藏物质含量测定及图位克隆。结果显示:突变体籽粒发育缓慢,明显小于同期发育的正常籽粒,成熟籽粒干瘪呈空皮状;胚乳细胞显微观察发现emp35的胚和胚乳发育严重滞后,胚乳细胞中线粒体结构异常;淀粉和蛋白质积累减少;F_(2)代分离果穗上正常籽粒与发育缺陷籽粒呈3∶1分离,表明籽粒缺陷表型由单个隐性核基因突变所致。采用集团分离分析法(bulked segregant analysis,BSA)将Emp35定位于第8染色体127.90~163.36 Mb区间,在该区间内开发了4个InDel标记,连锁作图将Emp35精细定位于139571117~146176858区间。

基于深度学习的棉花原位根系表型的识别

原位根系研究是探测根系表型及变化动态的重要方法,被广泛应用。然而,传统根系图像分割手段效率低、精度差,是制约根系研究的关键障碍。为实现原位根系图像分割的高效和高精度,本文基于语义分割U-Net网络设计与优化,在跳跃链接中加入SE模块,替换优化器为Lion,实现原位根系表型的精准识别。进一步,采用1D-CNN网络,对原位根系表型信息进行特征挖掘。验证结果显示,相较于原始模型,改进后的U-Net在精度上提高了1.57%,交并比提高了3.41%;1D-CNN对表型参数鉴定的精度为90.9%。本研究基于深度学习方法,实现了原位根系的高效和精准识别与分割,为棉花原位根系研究提供了重要支撑。

基于CrossViT模型的树叶识别方法

中国幅员辽阔,由于各地自然条件不同,加之植物种类繁多,森林植物和森林类型极为丰富多样,而树叶的准确识别对树木研究具有重要意义。树叶分类是一项具有挑战性的任务,需要对树叶的形态、纹理、颜色等多种特征进行识别和分类。提出一种基于Cross Vision Transformer(CrossViT)的树叶分类与识别方法。该方法以八角金盘(Fatsia japonica)、杜鹃(Rhododendron simsii)、广玉兰(Magnolia grandiflora)、桂树(Cinnamomum cassia)、海桐(Pittosporum tobira)、木槿(Hibiscus syriacus)、石楠(Photinia serratifolia)、梧桐(Firmiana simplex)、银杏(Ginkgo biloba)和樟树(Camphora officinarum)10种园林绿化常见阔叶树叶片为实验对象。首先,分别拍摄在实验环境和真实环境下的树叶图像作为数据集;其次,对CrossViT模型的网络结构,构造两个独立的分支,以获取不同大小的嵌入向量,通过优化Transformer编码器,利用交叉注意力模块融合不同大小的嵌入向量,以平衡计算成本和识别精度;最后,通过一个MLP Head得到最终的分类结果。对两个不同环境下的树叶数据集的训练和测试表明,该研究基于的CrossViT模型在实验环境下的树叶数据集上总体准确率约92.5%,在真实环境下的树叶数据集上总体准确率约75.2%。通过与传统卷积网络的比较,所提出方法的性能在实验环境下的树叶数据集上高出0.6~4.0个百分点,在真实环境下的树叶数据集上高出1.3~3.3个百分点,FLOPs和模型参数略有增加。

蔬菜作物盐胁迫响应及耐盐机制研究进展

近年来,由于不合理的灌溉及其他环境因素,土壤盐渍化问题日趋严重,盐胁迫严重影响蔬菜作物生长、发育和产量,限制土地利用。盐胁迫主要改变蔬菜作物的净光合生产率、呼吸作用、细胞膜结构和各类酶活性。本文综述了盐胁迫对蔬菜作物表观形态的改变和植物内部生理生化指标的影响,阐述了蔬菜对盐胁迫的生理响应(包括渗透调节、离子区域化、抗氧化代谢)和分子调控(包括转录因子、离子平衡调控基因、抗氧化基因、小RNA)机制;总结了各类蔬菜耐盐性的鉴定方法;展望了蔬菜作物耐盐性的研究方向。

云南省某乌骨鸡种鸡场鸡白痢沙门氏菌分子生物学特性研究

为了明确云南省某乌骨鸡种鸡场鸡白痢沙门氏菌的分子生物学特性,试验收集了90份18~21日龄的未出壳死胚样品和100份下痢鸡的泄殖腔棉拭子,采用沙门氏菌属血清诊断试剂盒和PCR方法进行病原菌的分离鉴定,并对分离菌进行MLST分型、药敏试验、毒力基因和耐药基因检测。结果表明:在90份未出壳死胚样品中共分离到80株鸡白痢沙门氏菌(88.89%,80/90),而泄殖腔棉拭子样品中未分离到鸡白痢沙门氏菌。80株鸡白痢沙门氏菌均为ST92型(100%,80/80);均携带invA、hilA、sefA、sipA、sipC、sopB、sopE、spvC、ssaR、ssrA、stn P1等11种毒力基因,均未检出毒力基因pef A和rck;对红霉素的耐药率最高,为93.75%(75/80),而对氧氟沙星、庆大霉素、氟苯尼考、多黏菌素B、多西环素、加替沙星、氨苄西林、阿莫西林、头孢西丁、头孢他啶、链霉素、四环素和复方新诺明均敏感;均未检出耐药基因,与耐药表型一致。说明从云南省某乌骨鸡种鸡场分离到的鸡白痢沙门氏菌来源单一,80株鸡白痢沙门氏菌均携带11种毒力基因,提示其毒力较强;除了红霉素外,对其他药物均敏感,提示该乌骨鸡种鸡场用药相对安全。

一个新的水稻黄绿叶突变体ygl-9108的鉴定与基因定位

本研究旨在对水稻黄绿叶突变体ygl-9108进行表型分析和基因定位,为后续图位克隆该叶色相关基因奠定基础。以黄绿叶突变体ygl-9108为试材,利用突变体ygl-9108和‘五山丝苗’杂交的F2群体进行基因定位。结果表明,与野生型相比,突变体的株高、有效穗数、穗长、每穗粒数、结实率、粒宽、千粒重和单株谷重均显著下降,下降比例分别为21.5%、21.2%、14.6%、19.2%、11.0%、10.2%、12.9%和52.2%。透射电镜观察显示,突变体叶肉细胞的叶绿体数量大量减少,类囊体结构异常。遗传分析表明,突变体的表型由一个隐性核基因控制。利用图位克隆方法,ygl-9108被定位于水稻第11号染色体两InDel标记11Y39和11Y45之间,物理距离约为147 kb,该区间内未见有叶色相关基因的报道,表明ygl-9108是一个新的黄绿叶调控基因。本研究结果为ygl-9108的克隆和功能分析奠定了坚实的基础。

水稻散生突变体sg518的鉴定及基因定位

[目的]分蘖角作为水稻株型的重要组成部分,其遗传基础复杂,需鉴定更多与分蘖角相关的突变体和基因以进一步解析水稻分蘖角的分子调控机制。[方法]通过对贵州地方粳稻品种桥港珍珠米进行60Co辐射诱变后成功获得一份水稻散生突变体,暂命名为sg518(spreading-grown mutant 518),并对其进行表型鉴定、遗传分析、基因定位和候选基因测序验证。[结果](1)田间性状显示,与野生型相比,突变体sg518表现出分蘖角显著增大的散生表型,并伴有一次枝梗数增加、每穗实粒数增加、籽粒变小和千粒重降低;(2)遗传分析表明,该突变体的散生性状受一对隐性核基因控制;(3)精细定位结果显示,目标基因定位于11号染色体长臂RM287与J1标记之间的88.7 kb内;(4)MutMap分析表明,在此区间有1个SNP频率为1的InDel突变且位于LAZY1基因上;(5)对目标基因的PCR扩增与测序结果表明,突变体的LAZY1基因在第3外显子上有1处1 bp的碱基缺失,导致蛋白翻译提前终止,由此推断LAZY1基因为突变体sg518的候选基因。[结论]sg518为LAZY1基因的一个新等位突变体,可进一步为研究该基因功能及水稻分蘖角的调控机制提供理论基础。

86份花生种质资源主要表型性状的鉴评及分析

为探究花生种质资源的多样性,深度挖掘花生优异种质的应用潜力,采用变异系数、Shannon多样性指数、相关分析、主成分分析与聚类分析方法对86份花生种质资源的22个农艺性状进行鉴定及遗传多样性分析。结果表明,花生种质资源遗传多样性丰富,12个质量性状的多样性指数为0.15~1.08,10个数量性状的变异系数为1.71%~29.25%,各表型性状间具有遗传相关性。以欧氏距离为遗传距离进行聚类分析,可将86份花生种质资源聚为四大类群,其中第Ⅳ类群具有种子休眠性强、抗涝性强、生育期短、荚果产量高、抗锈病等特性,可作为高产花生的优良亲本。主成分分析提取前8个主成分,其成分累计贡献率达到69.382%,按照主成分中信息载量筛选出生育期、百果质量、百仁质量、出米率、主茎高、第一侧枝长可以作为花生种质资源评价的主要指标。花生种质资源的综合得分(F值)为-1.05~0.89,筛选出综合得分(F值)>0.7的优异花生种质资源材料5份,分别为201610、濮花82号、201710、丰顺9616、冀农花33号。

基于知识图谱的马表型-基因知识库构建与应用研究

马表型-基因知识库为马的遗传育种和疾病诊治提供辅助参考。从生物医学文献库Pubmed中提取相关文献摘要,采用多实体识别接口Pubtator进行生物实体识别,以半自动化方式通过公共域关系抽取工具OpenIE和人工标注相结合的方法实现马表型-基因知识图谱的构建。知识图谱包含了马的25种常见表型,分析获取到与之关联的基因、变异等实体139个,语义关系177个。马表型-基因知识图谱的构建可以将马科研工作者从繁琐耗时的文献检索中解脱出来,为进一步的研究提供便利,同时也为构建完整的马知识图谱提供技术参考。

作物种质资源表型性状鉴定评价:现状与趋势

表型是作物基因型与环境互作后呈现出来的性状,包括形态学、生育期、产量、品质、抗性等性状。作物种质资源具有丰富的遗传多样性,并经过数千年在世界不同区域驯化利用中的人工选择,形成了表型性状的多样性,构成育种家选育作物新品种的物质基础。认识和发现作物种质资源表型的多样性需要通过系统、科学的鉴定,特别是培育适应全球气候变化下环境的品种,更需在大量种质资源中发掘和利用抗旱、耐热、抗病虫、水肥高效利用等特性的材料。作物种质资源各类表型性状的鉴定需要对环境进行有效的控制,而多年多点的鉴定可以准确观察鉴定性状的变异水平或表达稳定性,是育种家准确选择和利用性状的重要依据。作物种质资源表型性状的鉴定主要采用田间鉴定、设施鉴定、仪器分析、感官鉴定的方式。近年来,作物种质资源表型性状鉴定已从单一环境、低通量、粗放型鉴定转变为多年多环境、重点性状、高通量精准型鉴定。随着组学技术、智能与信息技术的快速发展,作物种质资源的表型性状鉴定已进入一个新阶段,形成作物育种中重要性状准确快速发掘与应用的坚实基础。

水稻细菌性谷枯病病原菌的分离鉴定

经多年的病原菌分离监测,于2006年从2份浙江省稻种(来自海南的健康籼稻)上分离到6株病原细菌,经25项主要生理生化特性、菌落形态、致病性、Biolog、脂肪酸分析和RAPD-PCR鉴定,发现这种病原细菌为Burkholderia glumae,是引起水稻细菌性谷枯病的病原菌。此外,实验证明"健康稻种"也可能存在水稻细菌性谷枯病菌。