本文以中國大豆種質(zhì)種群為試驗(yàn)材料(由341份野生材料(WA)，地方品種(LR)和育種品種(RC)組成)，研究了與植物生長和產(chǎn)量相關(guān)的兩個光譜反射生理性狀NDVI(歸一化植被指數(shù))和CHL(葉綠素指數(shù))的QTL等位基因系統(tǒng)。

利用RTM-GWAS方法對大豆群體NDVI和CHL表型變異的遺傳分析

利用南京農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室高通量植物表型平臺的光合成像單元CropReporter進(jìn)行測量。該平臺由傳送系統(tǒng)、成像單元(可見光成像、光合表型成像)、灌溉稱重單元、控制和分析軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等組成。NDVI和CHL數(shù)據(jù)是從具有兩個重復(fù)的隨機(jī)不完全區(qū)組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中的多光譜反射圖像中獲得。NDVI和CHL的范圍分別為0.05-0.18和1.20?4.78，平均值為0.11和3.57，遺傳率分別為78.3%和69.2%。LR和RC的NDVI和CHL值均顯著高于WA。使用RTM-GWAS(限制性兩階段多位點(diǎn)全基因組關(guān)聯(lián)分析)方法，確定了NDVI和CHL分別具有89和82個等位基因以及每個基因座2-4和2-6個等位基因的38和32個QTL，這分別解釋了NDVI和CHL表型變異的48.36%和51.35%。建立了QTL等位基因矩陣，并將其分為WA，LR和RC子群體。從WA到LR + RC，NDVI新生了4個等位基因和2個位點(diǎn)，同時汰除了1個等位基因;CHL新生了6個等位基因，在LR+RC中沒有汰除基因。對于NDVI和CHL，分別注釋了39個和32個候選基因并進(jìn)行了GO注釋，表明存在復(fù)雜的基因網(wǎng)絡(luò)。NDVI和CHL是上游性狀，與下游農(nóng)藝性狀相比，其遺傳變化相對保守。本文將高通量表型與RTM-GWAS集成為研究性狀的群體遺傳學(xué)提供了有效參考。

種群間QTL等位基因變化的Venn圖

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物表型組學(xué)交叉研究中心(PPRC)溫室高通量表型平臺：

該平臺由種植區(qū)，灌溉區(qū)和PSII成像室組成。使用全自動高通量傳輸系統(tǒng)將植物從種植區(qū)傳送到成像室。PSII成像室配備了CropReporter數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(CropReporter, Phenovation B.V., Netherlands, https://www.phenovation.com/)，系統(tǒng)成像面積為70 cm×70 cm，光譜范圍為350–1000 nm。在六個不同的波長下捕獲光譜反射率圖像。從這些圖像中，可以估算出每盆植物冠層的NDVI和CHL。該平臺配備了實(shí)驗(yàn)管理軟件IS Agriware Logistics (Version2018.06.99, Indigo Logistics, Netherlands)用來控制系統(tǒng)的運(yùn)行;CropReporter (Version 4.4.2, Phenovation B.V., Netherlands)控制PSII成像室的CropReporter成像系統(tǒng)，圖像分析軟件Data Analysis (Version 5.4.8-64b, Phenovation B.V, Netherlands)用來分析PSII成像室采集的數(shù)據(jù)。所有NDVI和CHL值均直接從平臺系統(tǒng)獲得。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室高通量植物表型平臺(箭頭所指為光合表型成像單元CropReporter)

來源：

Wang L, dong Liu F, Hao X, et al. Identification of the QTL-allele System Underlying Two High-Throughput Physiological Traits in the Chinese Soybean Germplasm Population. Front. Genet., 25 February 2021 | https://doi.org/10.3389/fgene.2021.600444.