Во ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии открыта лаборатория цифрового фенотипирования растений
Ученые лаборатории совместно с российским малым инновационным бизнесом создали полностью автоматизированную систему цифрового фенотипирования для высокоточного изучения линий сельскохозяйственных растений созданных с помощью технологий генетического (геномного) редактирования.
Цифровое фенотипирование – новое быстро развивающееся направление в фундаментальных и прикладных исследованиях растений. Его основой является применение цифровых камер и 3D сканеров для определения морфологических и спектральных характеристик растений, таких как площадь и наклон листьев растений, объём биомассы, индексы вегетации, показатели содержания различных пигментов, состояния листвы и многие другие. Эти характеристики в сочетании с данными о генотипе помогают определить влияние тех или иных генов на урожайность, адаптированность к условиям выращивания и стрессам, и необходимы для выбора наиболее эффективных аллельных вариантов и оценки отредактированных аллелей для использования в селекции. При современном развитии геномных технологий, высокоточная фенотипическая характеристика растений становится узким местом в анализе связи генотипа с фенотипом. Цифровое фенотипирование, в отличие от традиционного, позволяет собирать данные с большого числа растений с высокой точностью и детализацией, помогая преодолеть разрыв в объёме генотипических и фенотипических данных. Большим достоинством цифрового фенотипирования является его неповреждающее действие на растения, и фенотипические данные могут быть собраны в динамике по мере развития растения без влияния на ключевые конечные характеристики, такие как урожайность и качество продукции. В лабораториях ВНИИСБ проводится исследования в области генетики сельскохозяйственных растений, разрабатываются и применяются технологии генетического редактирования и тестируются растения с улучшенными генетическими характеристиками. Для анализа получаемых растений, была создана автоматическая система для цифрового фенотипирования. Основой системы является установка ТрейтФаиндер (TraitFinder – в переводе “искатель признаков”) нидерландской компании Феноспекс, одна из лучших мировых установок по своим характеристикам. Два 3D сканера этой установки перемещаются по направляющей и строят трехмерное облако точек с разрешением менее 1 мм в каждом из трёх измерений, моделирующее растения, находящиеся под сканером. Лазеры, работающие на четырёх длинах волн, дополняют структурную информацию спектральной в синем, зелёном, красном, и дальнем красном дипазоне спектра для каждого участка растения. Для адаптации данной установки к задачам, стоящим перед учеными ВНИИСБ, потребовалось значительно увеличить её производительность. Для этого было проведено интегрирование сканера ТрейтФаиндер автоматизированную систему, включающую современные осветительные установки с независимыми сегментами освещения с регулируемыми интенсивностью и длиной волны, и высокоточным механизмом перемещения и позиционирования ТрейтФаиндера.
Созданная система автоматического цифрового фенотипирования открывает ученым новые возможности для исследований. В настоящее время в институте на данной установке проводятся исследования отредактированных во ВНИИСБ линий мягкой пшеницы (по генам VRN) и картофеля (по генам EDR1).
Работа проводится в рамках создания и развития центра геномных исследований мирового уровня «Курчатовский геномный центр» ФНТП развития генетических технологий.
Фото: сайт ФГБНУ ВНИИСБ