植物表型組學(xué)-高通量植物病害微生物研究案例

WIWAM XY（PathoViewer）高通量植物表型成像平臺(tái)介紹

PathoViewer高通量表型平臺(tái)通用介紹
SMO構(gòu)建WIWAM XY（Pathoviewer）平臺(tái)介紹
WIWAM植物表型成像系統(tǒng)由比利時(shí)SMO公司與GHent大學(xué)VIB研究所研制生產(chǎn)，整合了LED植物只能培養(yǎng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、葉綠素?zé)晒獬上駵y(cè)量分析、植物熱成像分析、植物近紅外成像分析、植物高光譜分析、植物多光譜分析、植物CT斷層掃描分析、自動(dòng)條碼識(shí)別管理、RGB真3D成像等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，以優(yōu)化的方式實(shí)現(xiàn)大量植物樣品以優(yōu)化的方式實(shí)現(xiàn)大量植物樣品——從擬南芥、水稻、玉米到各種其它植物的生理生態(tài)與形態(tài)結(jié)構(gòu)成像分析，用于高通量植物表型成像分析測(cè)量、植物脅迫響應(yīng)成像分析測(cè)量、植物生長(zhǎng)分析測(cè)量、生態(tài)毒理學(xué)研究、性狀識(shí)別及植物生理生態(tài)分析研究等。
PathoViewer是一款高通量植物表型成像平臺(tái)（屬于WIWAM XY系列），使用了高分辨率圖像在可控條件下對(duì)植物進(jìn)行表型成像。該系統(tǒng)配備有6MP-16 bit的相機(jī)系統(tǒng)以及各種光學(xué)濾波輪，有廣泛用途，例如測(cè)量葉綠素?zé)晒�、紅色熒光蛋白、綠色熒光蛋白、自熒光、RGB改進(jìn)花青素反射指數(shù)以及葉綠素指數(shù)等。系統(tǒng)為自動(dòng)系統(tǒng)，用于測(cè)量植物或植物部分的生物或非生物脅迫。

Pathoviewer 特點(diǎn)
Pathoviewer組合了RGB, 葉綠素?zé)晒�、花青素、NIR和GFP/RFP圖像處理，對(duì)生物和非生物脅迫的影響進(jìn)行成像。這些相機(jī)也可為研究人員采集植物科學(xué)相關(guān)信息，另外還可對(duì)表型特征可視化。下文將對(duì)測(cè)量的最重要參數(shù)進(jìn)行討論。
FV/FM 
Pathoviewer能測(cè)量的最重要參數(shù)是Fv/FM值。該值通過(guò)葉綠素?zé)晒猥@取，是指示測(cè)量植物光合性能的參數(shù)。熒光可用于測(cè)量PSII光合作用中的多種參數(shù)如線性電子流，CO₂同化以及變化。

 
根特大學(xué)應(yīng)用微生物和表型組學(xué)應(yīng)用實(shí)例 

技術(shù)
(i)PathoViewer（WIWAM XY高通量植物表型成像定制版）
PathoViewer是一款植物表型成像系統(tǒng)，用于高度可控環(huán)境中進(jìn)行高清多光譜成像。6Mp-16 bit相機(jī)安裝在直角坐標(biāo)型機(jī)器人系統(tǒng)上，用于監(jiān)控大量幼苗以小植株（15cm）生物脅迫效應(yīng)(例如，真菌病害)和生物脅迫(如干旱)。基于高度自動(dòng)化sensor-to-plant原理，疾病擴(kuò)散或脅迫因子效應(yīng)可在植物生長(zhǎng)時(shí)進(jìn)行追蹤。另外，PathoViewer可進(jìn)行小植株如浮萍Lemna minor或生長(zhǎng)在多孔板中的部分進(jìn)行成像，分辨率可達(dá)108m。
系統(tǒng)還整合了RGB成像、葉綠素?zé)晒�、花青素、NIR以及GFP/RFP成像，PathoViewer可以多種方式對(duì)生物、非生物脅迫進(jìn)行成像。另外，可咨詢?cè)贚AMP組織（或緊密協(xié)作單位）內(nèi)的有圖像處理經(jīng)驗(yàn)的研究者，通過(guò)這些圖像科學(xué)計(jì)算相關(guān)測(cè)量參數(shù)，從而獲取現(xiàn)象可視化植物的解讀。PathoViewer 安裝在高度可控的環(huán)境中，可控環(huán)境參數(shù)包括溫度、相對(duì)濕度以及照明光光譜特征(可達(dá)1000 8molm-2 s-1)。系統(tǒng)專門定制了自動(dòng)澆水系統(tǒng)，用于植物澆水，同時(shí)可執(zhí)行多個(gè)澆水方案。

 
(ii)真菌基因組編輯 
在LAMP，還進(jìn)行表型組學(xué)以及基因編輯技術(shù)的組合研究，研究者可進(jìn)行植物病害修飾或標(biāo)記和有益菌研究，幫助我們以前所未有的分辨率揭示植物與微生物互作�；�于同源重組技術(shù)和較先進(jìn)基于Crispr技術(shù)的轉(zhuǎn)化平臺(tái)可在幾種真菌上進(jìn)行，如鐮刀菌、曲霉以及枯菌。
(iii)生物分析和生物報(bào)告植物
PathoViewer還可高通量進(jìn)掃描新型生物活性分子或具有除草劑或生物刺激素作用的新農(nóng)業(yè)化學(xué)品。使用生物報(bào)告有機(jī)物如啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae，帶人雌激素受體，浮萍Lemna minor以及擬南芥（Arabidopsis thaliana）

 
發(fā)表文章
1.At the scene of the crime: New insights into the role of weakly pathogenic members of the fusarium head blight disease complex
來(lái)自根特大學(xué)的科學(xué)家利用知名表型設(shè)備制造商SMO公司構(gòu)建Pathoviewer高通量表型成像平臺(tái)發(fā)表了題為At the scene of the crime: New insights into the role of weakly pathogenic members of the fusarium head blight disease complex的文章，該P(yáng)athoviewer系統(tǒng)整合了葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)。

 
根特大學(xué)應(yīng)用微生物和表型組學(xué)應(yīng)用實(shí)例

2.Metabolomics Reveal Induction of ROS Production and Glycosylation Events in Wheat Upon Exposure to the Green Leaf Volatile Z-3-Hexenyl Acetate
來(lái)自比利時(shí)間的科學(xué)家發(fā)表了題為Metabolomics Reveal Induction of ROS Production and Glycosylation Events in Wheat Upon Exposure to the Green Leaf Volatile Z-3-Hexenyl Acetate的文章，文章將代謝研究與表型研究相結(jié)合。文章使用了定制的自動(dòng)化多光譜成像系統(tǒng)Pathoviewer。該系統(tǒng)配有多光譜相機(jī)模塊，用于小麥苗中自動(dòng)測(cè)量Z-3-HAC的影響。依據(jù)制造商的說(shuō)明對(duì)彩圖以及 PSII (Fv/Fm)最大效率進(jìn)行測(cè)量。要檢測(cè)H2O2累積。

3.Phenotypic Variation of Botrytis cinerea Isolates Is Influenced by Spectral Light Quality
來(lái)自比利時(shí)的科學(xué)家利用SMO搭建的高通量植物表型光譜無(wú)損成像平臺(tái)，用以檢測(cè)草莓疾病，該平臺(tái)基于可見關(guān)與近紅外（NIR）波長(zhǎng)范圍內(nèi)特點(diǎn)吸收、反射和熒光模式，可實(shí)時(shí)對(duì)多種植物生理性狀進(jìn)行成像。表型平臺(tái)的核心部分包括一臺(tái) 3CCD 6 Mp—16 bit的相機(jī)，安裝在直角坐標(biāo)機(jī)器人上（SMO構(gòu)建），相機(jī)配有12個(gè)光譜干涉濾波輪。

This multispectral imaging platform was used daily to record the lesion development of inoculated leaf discs floating in 24-well plates (24 replicates per light quality treatment and Botrytis isolate) from the day of inoculation until 4 days post-inoculation (dpi).

4、Presence of the Weakly Pathogenic Fusarium poae in the Fusarium Head Blight Disease Complex Hampers Biocontrol and Chemical Control of the Virulent Fusarium graminearum Pathogen
來(lái)自VIB所的科學(xué)家利用SMO公司構(gòu)建的高通量表型成像平臺(tái)Pathoviewer，對(duì)離體小麥葉片和麥穗病害進(jìn)展情況進(jìn)行評(píng)估。該平臺(tái)可對(duì)多種植物生理性狀進(jìn)行測(cè)量評(píng)估，時(shí)空分辨率很高，可達(dá) 6 µm。所配置的單色相機(jī)成像模塊安裝有濾波輪，可進(jìn)行RGB、葉綠素?zé)晒庖约癎FP熒光成像。這已經(jīng)是利用該表型成像系統(tǒng)發(fā)表的系列文章之一。北京博普特科技有限公司是SMO公司系列植物表型成像系統(tǒng)中國(guó)區(qū)總代理，全面負(fù)責(zé)其系列產(chǎn)品在中國(guó)市場(chǎng)的推廣、銷售和售后服務(wù)。

 
5、Respiratory CO2 Combined With a Blend of Volatiles Emitted by Endophytic Serendipita Strains Strongly Stimulate Growth of Arabidopsis Implicating Auxin and Cytokinin Signaling
來(lái)自歐洲的科學(xué)家，利用SMO公司構(gòu)建的WIWAM XY植物表型成像系統(tǒng)，發(fā)表了題為Respiratory CO2 Combined With a Blend of Volatiles Emitted by Endophytic Serendipita Strains Strongly Stimulate Growth of Arabidopsis Implicating Auxin and Cytokinin Signaling的文章。WIWAM XY作為一款通用的表型成像系統(tǒng)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種小植物表型研究并發(fā)表了系列文章。文章就該系統(tǒng)有以下介紹： 

多光譜植物表型

實(shí)驗(yàn)中利用該系統(tǒng)進(jìn)行了擬南芥中的花青素和葉綠素含量測(cè)量(指數(shù)AriIdx和ChlIdx)并測(cè)量了與PSII最大量子效率相關(guān)的葉綠素?zé)晒鈪��?shù)。所有數(shù)據(jù)都由可控環(huán)境中的自動(dòng)植物表型成像平臺(tái)-WIWAM XY 系統(tǒng) (SMO, Eeklo, Belgium) 生成，該系統(tǒng)配備了6-Mp 16-bit 3CCD 頂視相機(jī)，相機(jī)安裝在直角坐標(biāo)機(jī)器人上，用于高通量和高分辨率熒光和多光譜成像。

 
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