Gener spelar en mycket avgörande roll för att forma framtida generationer i levande organismer. Grundtanken om att levande varelser är mönstrade varelser är baserad på deras ursprung. Till exempel, om avkommorna från en cricketspelare spelar bra cricket, antas det ha kommit från förälderns cricket-gen. På samma sätt med växter säger det genetiska ursprunget mycket om växten och de framtida avkommorna också.
Varje växt visar upp sina egna egenskaper och det finns för- och nackdelar i detta avseende. Kanske borde rosenplantan i ditt hus ha gett fler blommor än vad den brukar ge. Kanske borde flaskkalebassen varit större i avkastning än vad du har skördat. Tänk nu om detta kunde göras sant genom att använda genetiskt material inuti växten och kontrollera genen att vara den dominant uttrycksfulla? Detta väckte forskarnas hjärnor. Och det var så det grundläggande konceptet med genetisk modifiering i växter och så småningom fenotypning introducerades.
Vad är fenotypning?
Fenotyp kommer från de grekiska orden 'phainen' (att visa) och 'tupos' (typ) och syftar på en individs samling av mätbara egenskaper som är ett resultat av genotypens interaktion med miljön; sålunda representerar fenotyper organismens natur och näring.
Växtfenotypning erbjuder data om växtens anatomiska, historiska, fysiologiska och biokemiska egenskaper. Växtfenotypning är en ledande faktor i urvalets intensitet, selektionsprecision och upptäckt av ny genetisk variation. Inom ett växtförädlingssystem kan genetisk nytta (mängden ökning av produktionen över tid) påskyndas på en mängd olika sätt, inklusive genom att öka storleken på förädlingsprogrammet för att möjliggöra högre urvalsintensitet.
High-throughput field phenotyping-teknologier (HTFP) har avsevärt utökat kapaciteten för flerskalig spårning och kvantifiering av fältexperiment och avelsplantskolor under det senaste decenniet. Fördelen med dessa HTFP-tekniker är inte bara att snabbt och kostnadseffektivt ersätta besvärliga och subjektiva poäng, utan också att låsa upp förmågan hos nya, latenta fenotyper som speglar den underliggande biologiska funktionen.
Växtförädling blir ineffektiv med felaktig fenotypning, och ibland värdelös eftersom all screening av genotyper kommer att vara så effektiv som dess protokoll tillåter, och alla fördomar – enligt dess storlek kan genetiska vinster påverkas avsevärt. Det är viktigt att förstå att det mest effektiva urvalet är att frekvensen av gynnsamma alleler i målpopulationen är låg i de tidiga avelscyklerna.
Alla oprecisa protokoll för fenotypning, särskilt i små eller ändliga avelspopulationer, kommer att minska effektiviteten på grund av den mycket låga frekvensen av gynnsamma alleler och genetiska vinster.
Därför finns det olika typer av fenotypningstekniker som implementeras baserat på jordbruksmarken och tillämpningsagendan.
High Throughput Field Fenotyping (HTFP)
High Throughput Field Fenotyping använder ett brett utbud av sensorer och analysprocesser för att kvantifiera effektiviteten, fotosyntesen, produktionen, designen, tillväxten eller biomassaproduktiviteten hos enstaka växter eller växtbestånd. Ursprungligen utvecklades vissa av dessa sensorer och procedurer inom fjärranalys, vissa inom precisionsjordbruk, medan andra är laboratoriebaserade avbildningsprocedurer. Växtfärg, spektral reflektion, klorofyllfluorescens, temperatur och andra egenskaper kvantifieras, från vilka egenskaper som biomassa, arkitektur, öronnummer, fotosyntesförmåga, stomatal öppning eller motstånd mot stress kan utvinnas.
Automatiserad bildbaserad växtfenotypning med hög genomströmning avser icke-förstörande avkänning och kvantifiering av växtegenskaper genom att analysera bilder som samlats in med jämna mellanrum och med noggrannhet. Även om fenomenforskning har väckt stor uppmärksamhet under det senaste decenniet, har utvinningen av meningsfulla och tillförlitliga numeriska fenotyper från växtbilder, särskilt genom att ta hänsyn till dess individuella komponenter, t.ex. blad, stjälk, frukt och blommor, förblir en kritisk flaskhals för översättningen av framsteg inom fenotypteknik till genetiska insikter på grund av olika utmaningar, inklusive ljusvariationer.
Proximal fenotypning
Fenotypning av växter med markbaserade fordon och sensorer kallas proximal fenotypning. Proximal fenotypning är en framväxande vetenskap som associerar genomik med agronomi och växtekofysiologi samtidigt som den kombinerar sensor och automatiserad teknik. Under växttillväxt och utveckling utvecklas den funktionella växtkroppen (FENOTYP) genom det komplexa samspelet mellan den genetiska historien (GENOTYP) och den fysiska miljön i vilken växter utvecklas (MILJÖ). Dessa interaktioner bestämmer effektiviteten och produktiviteten hos växter mätt som kumulativ biomassa och effektiviteten av kommersiell avkastning och resursanvändning. För att fastställa strategier för en hållbar växt måste hela spektrumet av växtvetenskap från molekylär till fältskala införlivas.
Fenotypning i precisionsjordbruk
Det finns något olika krav på växtfenotypning för precisionsjordbruk jämfört med proximal fenotypning. Vissa tillämpningar av fenotypning kräver olika tillvägagångssätt och lösningar för växtförädling och därför är denna typ av fenotypning baserad på att optimera stabila skördar och garantera kvaliteten på grödorna. Denna typ av fenotypning kan användas vid tidig upptäckt av framväxande patogener i växter för att få in åtgärder i tid. Tillämpningen av fenotypning är diversifierad baserat på specifika grödor och varianter av grödorna.
Vår tanke:
De nuvarande högeffektiva fältfenotyperna har lovande resultat som kan användas som ett ramverk för tillväxt och förbättring i modernt jordbruk. Tillförlitliga, tids- och kostnadseffektiva fenotyptillämpningar kan förändra förväntningarna på produktionen för jordbrukare om de implementeras på rätt sätt. Jordbruksföretag och AgTechs måste förstå hur man utnyttjar fenotypning och förbättrar avkastningen genom hållbara metoder. Fenotypning kan göra underverk när de betydande egenskaperna hos grödor identifieras och den nya kvaliteten på dessa egenskaper är genetiskt replikerade. Detta är dock en vision för en avlägsen framtid; inget som inte kan åstadkommas. Dessutom måste de fenotypiska data som produceras inhämtas och bearbetas i
ett kvantitativt, stabilt och snabbt sätt att bearbeta till ett format som slutanvändarna får tolka det explicit. Implementering av fenotypning under kontrollerade förhållanden kommer att visa sig vara fördelaktigt för både odlare och konsumenter, vilket gör det till en win-win-situation.
För att förstå mer om kapaciteten hos CropIns AI-lösningar och hur de kan implementeras som ett samarbete med fenotypning, kontakta vår Agri-expert idag!
