Eine neue kostengünstige Lösung für die erweiterte Phänotypisierung

Die Phänotypisierung, bei der es um die Beurteilung beobachtbarer Pflanzenmerkmale geht, ist entscheidend für das Verständnis der Pflanzenentwicklung und ihrer Reaktion auf Umweltstress. Herkömmliche Methoden sind oft umständlich, teuer und destruktiv und schränken den Umfang und Umfang der Forschung ein. Ein neues System erschwinglicher, mobiler Hochdurchsatz-Phänotypisierungstools macht die Technologie einem breiteren Benutzerkreis zugänglich.

Die von einem Team am Boyce Thompson Institute (BTI) entwickelte „All-in-one“-Lösung umfasst kostengünstige Hardwaredesigns, Datenverarbeitungspipelines und eine benutzerfreundliche Datenanalyseplattform. Das System von BTI erfasst Daten, ohne Pflanzen zu schädigen, was eine kontinuierliche Überwachung des Pflanzenwachstums ermöglicht und ein differenziertes Verständnis der Pflanzenreaktionen im Laufe der Zeit liefert. Durch die Integration einfacher Hardware mit hochentwickelten Rechenpipelines entsteht eine effiziente Phänotypisierungslösung mit hohem Durchsatz.

„Durch die Reduzierung der Kosten und technischen Hürden der fortgeschrittenen Pflanzenphänotypisierung ermöglicht unsere Arbeit Forschern auf der ganzen Welt die Durchführung erschwinglicher, datengesteuerter Studien“, sagte Magda Julkowska, Assistenzprofessorin am BTI und Co-Senior-Autorin der Studie. „Dies könnte die Züchtung widerstandsfähigerer und produktiverer Pflanzen beschleunigen und so die Ernährungssicherheit nachhaltig verbessern.“

Mithilfe ihrer neuen Phänotypisierungstools analysierte das Forschungsteam die Dürreresistenz der Kuherbse, einer Grundnahrungspflanze für Millionen von Menschen in Trockengebieten. Sie identifizierten mehrere genetische Loci, die mit der Reaktion auf Dürre in Zusammenhang stehen, und ebneten so den Weg für die Züchtung widerstandsfähigerer Sorten. Diese Ergebnisse und Einzelheiten ihrer innovativen Plattform wurden kürzlich in veröffentlicht Pflanzenphysiologie.

„Diese Technologie könnte dazu beitragen, Regionen zu verändern, in denen Wasserknappheit die Ernährungssicherheit gefährdet, indem sie eine lokale und kostengünstige Forschung zur Pflanzenleistung unter Stressbedingungen ermöglicht“, bemerkte Li’ang Yu, Postdoktorand am BTI und Co-Erstautor der Studie. „Die Anpassungsfähigkeit des Systems bedeutet, dass es für eine Vielzahl von Arten verwendet werden kann, von Grundnahrungsmitteln bis hin zu weniger verbreiteten Pflanzen.“

Eines der bemerkenswertesten Merkmale des Systems ist seine Integration in IT-Pipelines, die auf einfache Bedienung ausgelegt sind. Hayley Sussman, BTI-Wissenschaftlerin und Co-Erstautorin der Studie, erklärt: „Die von uns entwickelte RaspiPheno-Anwendung rationalisiert die Datenanalyse und bietet eine interaktive Plattform für die Verarbeitung und Visualisierung phänotypischer Daten. Dies verkürzt die Lernkurve und ermöglicht es Forschern, sich auf biologische Informationen zu konzentrieren. statt technischer Hindernisse.

Mit Blick auf die Zukunft freut sich das Team darauf, dass andere dieses System übernehmen und darauf aufbauen. Alle Hardware-Designs, Software und detaillierten Protokolle wurden veröffentlicht. „Indem wir diese Tools offen zugänglich machen, hoffen wir, neue Entdeckungen und Kooperationen zu ermöglichen, die dazu beitragen können, einige der größten Herausforderungen zu bewältigen, denen sich die Landwirtschaft heute gegenübersieht“, sagte Andrew Nelson, Assistenzprofessor am BTI und Mitautor der Studie.

Die Arbeit des Teams ist ein überzeugendes Beispiel dafür, wie verbesserte Phänotypisierungstechnologien die Forschung und Anwendung in der Pflanzenbiologie beschleunigen können. Je mehr Wissenschaftler diese Instrumente nutzen, desto schneller können wir Fortschritte beim Verständnis wichtiger Merkmale und bei der Entwicklung widerstandsfähigerer und produktiverer Pflanzensorten für die Zukunft erwarten.