Name: הדמיה וניתוח לכימות תירס (Zea mays) פנוטיפים של מתח אביוטי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-03-28T13:35:00.000+00:00
Duration: 6 min 41 s
Description: למד שיטת הדמיה בעלות נמוכה לכימות פנוטיפים בתירס (Zea mays) תחת מתח אביוטי כמו חום ובצורת. השיטה מודדת שטח עלים, גובה וגוון ומתאימה למחקר ביולוגי.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

<ol><li>Xiao, Q., Bai, X., Zhang, C., He, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+high-throughput+plant+phenotyping+techniques+for+genome-wide+association+studies%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Adv+Res%22%5BJournal%5D)">Advanced high-throughput plant phenotyping techniques for genome-wide association studies: A review.</a> J Adv Res. 35, 215-230 (2022).</li>
<li>Mutka, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((image-based+phenotyping+methods+provide+insight+into+spatial+and+temporal+dimensions+of+plant+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">image-based phenotyping methods provide insight into spatial and temporal dimensions of plant disease.</a> Plant Physiol. 172 (2), 650-660 (2016).</li>
<li>Mutka, A. M., Bart, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image-based+phenotyping+of+plant+disease+symptoms%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Image-based phenotyping of plant disease symptoms.</a> Front Plant Sci. 5, 734(2014).</li>
<li>Fahlgren, N., Gehan, M. A., Baxter, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lights%2C+camera%2C+action%3A+High-throughput+plant+phenotyping+is+ready+for+a+close-up%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">Lights, camera, action: High-throughput plant phenotyping is ready for a close-up.</a> Curr Opin Plant Biol. 24 (2), 93-99 (2015).</li>
<li>Das Choudhury, S., Samal, A., Awada, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leveraging+image+analysis+for+high-throughput+plant+phenotyping%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Leveraging image analysis for high-throughput plant phenotyping.</a> Front Plant Sci. 10, 508(2019).</li>
<li>Yang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crop+phenomics+and+high-throughput+phenotyping%3A+Past+decades%2C+current+challenges%2C+and+future+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Plant%22%5BJournal%5D)">Crop phenomics and high-throughput phenotyping: Past decades, current challenges, and future perspectives.</a> Mol Plant. 13 (2), 187-214 (2020).</li>
<li>Omari, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+image-based+plant+phenotyping%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Korean+J+Agric+Sci%22%5BJournal%5D)">Digital image-based plant phenotyping: A review.</a> Korean J Agric Sci. 47 (1), 119-130 (2020).</li>
<li>Schindelin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiji%3A+An+open-source+platform+for+biolFiogical-image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">Fiji: An open-source platform for biolFiogical-image analysis.</a> Nat Methods. 9 (7), 676-682 (2012).</li>
<li>Gehan, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PlantCV+v2%3A+Image+analysis+software+for+high-throughput+plant+phenotyping%5BTitle%5D)+AND+%22PeerJ%22%5BJournal%5D)">PlantCV v2: Image analysis software for high-throughput plant phenotyping.</a> PeerJ. 5, e4088(2017).</li>
<li>Murphy, K. M., Ludwig, E., Gutierrez, J., Gehan, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+learning+in+image-based+plant+phenotyping%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">Deep learning in image-based plant phenotyping.</a> Annu Rev Plant Biol. 75 (1), 771-795 (2024).</li>
<li>Fahlgren, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+versatile+phenotyping+system+and+analytics+platform+reveals+diverse+temporal+responses+to+water+availability+in+Setaria%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Plant%22%5BJournal%5D)">A versatile phenotyping system and analytics platform reveals diverse temporal responses to water availability in Setaria.</a> Mol Plant. 8 (3), 1520-1535 (2015).</li>
<li>Yu, L., et al. Development of a mobile, high-throughput, and low-cost image-based plant growth phenotyping system. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aYu%2C+L+%22bioRxiv%22">bioRxiv</a>. , (2023).</li>
<li>Atefi, A., Ge, Y., Pitla, S., Schnable, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+technologies+for+high-throughput+plant+phenotyping%3A+Contemporary+reviews+and+future+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Robotic technologies for high-throughput plant phenotyping: Contemporary reviews and future perspectives.</a> Front Plant Sci. 12, 611940(2021).</li>
<li>Berry, J. C., Fahlgren, N., Pokorny, A. A., Bart, R. S., Veley, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated%2C+high-throughput+method+for+standardizing+image+color+profiles+to+improve+image-based+plant+phenotyping%5BTitle%5D)+AND+%22PeerJ%22%5BJournal%5D)">An automated, high-throughput method for standardizing image color profiles to improve image-based plant phenotyping.</a> PeerJ. 6, e5727(2018).</li>
<li>Tovar, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Raspberry+Pi-powered+imaging+for+plant+phenotyping%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Raspberry Pi-powered imaging for plant phenotyping.</a> Appl Plant Sci. 6, e1031(2018).</li>
<li>Jolles, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Broad-scale+applications+of+the+Raspberry+Pi%3A+A+review+and+guide+for+biologists%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Ecol+Evol%22%5BJournal%5D)">Broad-scale applications of the Raspberry Pi: A review and guide for biologists.</a> Methods Ecol Evol. 12 (5), 1562-1579 (2021).</li>
<li>Watt, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phenotyping%3A+New+windows+into+the+plant+for+breeders%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">Phenotyping: New windows into the plant for breeders.</a> Annu Rev Plant Biol. 71 (1), 689-712 (2020).</li>
<li>Xie, C., Yang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+plant+high-throughput+phenotyping+traits+using+UAV-based+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Electron+Agric%22%5BJournal%5D)">A review on plant high-throughput phenotyping traits using UAV-based sensors.</a> Comput Electron Agric. 178, 105731(2020).</li>
<li>Czedik-Eysenberg, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+%26%2334%3BPhenoBox%26%2334%3B%2C+a+flexible%2C+automated%2C+open-source+plant+phenotyping+solution%5BTitle%5D)+AND+%22New+Phytol%22%5BJournal%5D)">The &#34;PhenoBox&#34;, a flexible, automated, open-source plant phenotyping solution.</a> New Phytol. 219 (4), 808-823 (2018).</li>
<li>Sumner, J., Fahlgren, N., Murphy, K. M. PCVR: An R package and tutorials for guided statistical analysis of plant phenotyping data. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSumner%2C+J+%22Authorea+Preprints%22">Authorea Preprints</a>. , (2023).</li>
<li>Schnable, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+B73+maize+genome%3A+complexity%2C+diversity%2C+and+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The B73 maize genome: complexity, diversity, and dynamics.</a> Science. 326 (5956), 1112-1115 (2009).</li>
<li>Segment Anything. Kirillov, A., et al. 2023 IEEE/CVF Int Conf Comput Vision, , 3992-4003 (2023).</li>
<li>Gabaldón-Leal, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modelling+the+impact+of+heat+stress+on+maize+yield+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Field+Crops+Res%22%5BJournal%5D)">Modelling the impact of heat stress on maize yield formation.</a> Field Crops Res. 198 (3), 226-237 (2016).</li>
<li>Intergovernmental Panel on Climate Change. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22SYNTHESIS+REPORT+OF+THE+IPCC+SIXTH+ASSESSMENT+REPORT+%28AR6%29%22">SYNTHESIS REPORT OF THE IPCC SIXTH ASSESSMENT REPORT (AR6)</a>. , https://report.ipcc.ch/ar6syr/pdf/IPCC_AR6_SYR_LongerReport.pdf (2023).</li>
<li>Quiñones, A., et al. Optimized methods for applying and assessing heat, drought, and nutrient stress of maize seedlings in controlled environment experiments. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aQui%C3%B1ones%2C+A+%22Cold+Spring+Harb+Protoc%22">Cold Spring Harb Protoc</a>. , (2024).</li>
<li>Murphy, K. M., et al. Maize abiotic stress treatments in controlled environments. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMurphy%2C+KM+%22Cold+Spring+Harb+Protoc%22">Cold Spring Harb Protoc</a>. , (2024).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>ספק כוח 15W USB-C</td><td>CanaKit</td><td>DCAR-RSP-3A5-C</td><td></td></tr><tr><td>25604 UC-E6 כבל USB</td><td>ניקון</td><td>18208256044</td><td></td></tr><tr><td>סירים בגודל 3.5 אינץ'</td><td>האמרט אינטרנשיונל</td><td>13006000</td><td></td></tr><tr><td>ברגר BM7 35% קליפות HP</td><td>Hummert International</td><td>10121500</td><td></td></tr><tr><td>Biodock 2024</td><td></td><td>פלטפורמת תוכנת AI</td><td>www.biodock.ai.</td></tr><tr><td>תוכנת עריכת קוד</td><td>Jupyter</td><td></td><td>https://jupyter.org/install</td></tr><tr><td>תוכנת עריכת קוד</td><td>Visual Studio קוד</td><td></td><td>https://code.visualstudio.com/download</td></tr><tr><td>כרטיס צבע בודק צבע קלאסי</td><td>Calibrite</td><td>CCC</td><td></td></tr><tr><td>כרטיס צבע בודק צבע דרכון</td><td>Calibrite</td><td>CCPP2</td><td></td></tr><tr><td>Conviron תא צמיחה</td><td>Conviron</td><td>BDW80 דגם</td><td></td></tr><tr><td>צג בגודל 22 אינץ'</td><td>של Dell</td><td></td> מתאם AC SE2222H <td></td></tr><tr><td>EH-67</td><td>של Dell Nikon</td><td>AZ185</td><td></td></tr><tr><td>תוכנה לניתוח תמונה</td><td>PlantCV</td><td></td><td>https://plantcv.readthedocs.io/en/latest/installation/</td></tr> <tr><td>דשן מסיס במים של ג'ק 15-5-15</td><td>Hummert International</td><td>7590200</td><td>דשן נוזלי</td></tr><tr><td>מקלדת ועכבר</td><td>Logitech</td><td></td><td>1440638 MK270 מקלדת ועכבר</td></tr><tr><td>אלחוטיים זרעי תירס</td><td>USDA-ARS Germplasm משאבים רשת מידע (GRIN)</td><td>B73</td><td>https://www.ars-grin.gov/</td></tr> <tr><td>כבל מיקרו HDMI ל-HDMI אמזון</td><td></td><td>B07KSDB25X</td><td></td></tr><tr><td>Nikon Coolpix B500 מצלמה</td><td>Nikon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nikon D7200 מצלמת</td><td>Nikon</td><td></td><td></td>Osmocote</tr><tr><td>14-14-14-14</td><td>Hummert International</td><td>7630000</td><td></td></tr><tr><td>בד צילום</td><td>Yayoya</td><td></td><td>בד פוליאסטר שחור רקע צילום לסטודיו וידאו Televison</td></tr><tr><td>Raspberry Pi 4 נרתיק עם גוף קירור</td><td>iUniker</td><td>&lrm; </td><td></td>B07ZVKN262</tr><tr><td>Raspberry Pi 4 דגם B Rev 1.1</td><td>Raspberry Pi Foundation</td><td>RP4B4GB_BP</td><td></td></tr><tr><td>Raspberry Pi 4 PiSwitch (USB-C)</td> <td>CanaKit</td><td>RSP-PISWITCH-USBC</td><td></td></tr><tr><td>תוכנת Raspberry Pi</td><td>Raspberry Pi Imager</td><td></td><td>https://www.raspberrypi.com/software/</td></tr> <tr><td>תוכנת ניתוח סטטיסטי</td><td>Rstudio</td><td></td><td>https://posit.co/downloads/</td></tr><tr><td>חצובה</td><td>K& F קונספט</td><td>T255A3 + BH-28L</td><td></td></tr><tr><td>Turface MVP</td><td>Hummert International</td><td>10240000</td><td></td></tr><tr><td>סורק ברקוד אלחוטי</td><td>Netumscan</td><td>B08X4NMX2M</td><td>סורק ברקוד 1D ו- 2D</td></tr></tbody></table>

הדמיה וניתוח לכימות תירס (zea mays) פנוטיפים של מתח אביוטי

Imaging and Analysis for Quantifying Maize (Zea mays) Abiotic Stress Phenotypes

כדי לפתח שיטה זו, צמחי תירס B73 הוערכו עבור פנוטיפים כמותיים תחת טמפרטורות בקרה, טמפרטורות חום, השקיה טובה ותנאי בצורת, כמו גם השילובים שלהם, בסך הכל ארבעה טיפולים. B73 הוא זן תירס מולד ידוע עם שפע של נתונים גנטיים21.
ניתוח תמונות ב-PlantCV תיקן בהצלחה את התמונות, תייג את התוצאות הכמותיות עם המטא-נתונים של הצמח, ופילח (במילים אחרות, הפריד) את הצמח מהרקע, כפי שמודגם באיור 3. ניתוח לא מוצלח יספק תמונות פלט שאינן מציגות את קווי המתאר הכחולים או הצורה הוורודה סביב החלק החיצוני של הצמח, אלא כוללות רעש נוסף או חלקים חסרים של הצמח (איור 3, דוגמה באיכות נמוכה). היה צורך בסף דו-ערוצי כדי לכלול כמה שיותר מהצמח במסכה (ראה אסטרטגיות חלופיות של ערוץ יחיד ב-"photo-studio-SV-notebook.ipynb"). אולם לחלק מהצמחים, במיוחד אלה עם גבעולים בצבע סגול, לא היה סגמנטציה מושלמת, אך היו מספיקים לניתוח במורד הזרם (איור 3).
ניתוח PlantCV סיפק 16 תכונות כמותיות, חד-ערכיות, מסוכמות באיור 4. תכונה בעלת ערך יחיד מספקת ערך אחד לכל צמח - לדוגמה, שטח העלה, הגובה, הרוחב והממוצע המעגלי של הגוון. שטח העלים נלקח בחשבון באמצעות הפונקציה "analyze.shape" (איור 4) ונלקח בחשבון הצמח כולו. גובה ורוחב, לעומת זאת, נלקחו בחשבון באמצעות "פונקציית analyze.bound_horizontal", עם כריכה משורטטת בקו אדמת הצמח. הסיבה לכך היא שצמחים שצונחים על דופן העציץ יהיו בעלי גובה גדול יותר בהתחשב בצמח כאובייקט שלם, ובמקום זאת יש למדוד רק מבסיס הצמח שבו הוא פוגש את האדמה. בנוסף לתכונות החד-ערכיות, PlantCV מוציא תכונות מרובות ערכים, שהן היסטוגרמות, במיוחד של ערכי הצבע, המייצגים כל פיקסל של הצמח. ממוצע הגוון המעגלי הוא תכונה בעלת ערך יחיד שהיא ערך הגוון הממוצע עבור הצמח כולו.
כדי לקבוע אילו תכונות הן המעניינות ביותר, חושבה השונות המוסברת על ידי הטיפול עבור כל תכונה, כמו גם המתאם בין התכונות השונות באמצעות פונקציית "frem" בחבילת pcvr R Studio20 (איור 5A). שטח העלה, הגובה, הרוחב והממוצע המעגלי של הגוון נבחרו לניתוח במורד הזרם מכיוון שהם הסבירו יותר מ-50% מהשונות עקב הטיפול, והם מדדים רלוונטיים של צמיחת הצמח (שטח, גובה ורוחב) ובריאות (גוון). תמונות מייצגות של הצמח עם שטח העלים הגדול והקטן ביותר מדגימות את השונות בפנוטיפים שנאספו בניסוי הזה (איור 5B,C, בהתאמה). הצמח עם שטח העלים הגדול ביותר היה גם בעל הגוון הממוצע הגבוה ביותר, והיה צמח B73, מושקה היטב ונמצא בסטרס חום (איור 5B). לאזור העלים הקטן ביותר היה הגוון הממוצע הקטן ביותר (איור 5C), והוא היה צמח B73, בסטרס בצורת ובסטרס חום.
לטיפול במים הייתה השפעה משמעותית בקביעת שטח העלים (F(1,13) = 226.5, p = 1.32 x 10-9), גובה (F(1,13) = 21.1, p = 0.0005), רוחב (F(1,13) = 75.5, p = 8.92 x 10-7) וממוצע מעגלי גוון (F(1,13) = 27.8, p = 0.0002), שנקבע באמצעות מודל רגרסיה ליניארית לאפקט הטיפול ו-ANOVA דו-כיווני בסטודיו R (תוצאות מלאות בטבלה 1). לטיפול בטמפרטורה הייתה השפעה משמעותית על הגובה (F(1,13) = 5.94, p = 0.03), אך לא על שטח העלה, הרוחב או הממוצע המעגלי של הגוון (p &gt; 0.05, טבלה 1). האינטראקציה בין הטמפרטורה למצב המים לא הייתה גורם משמעותי באף אחת מהתכונות שנמדדו (עמ' &gt; 0.05, טבלה 1).
לאחר מכן, הושוו טיפולים בודדים לביקורת וזה לזה באמצעות רגרסיה ליניארית ומבחן פוסט-הוק (ממוצע שולי משוער) עם תיקון סידק להשוואות מרובות (איור 6). שטח העלה, גובה הצמח, רוחב הצמח והממוצע המעגלי של הגוון הצטמצמו באופן משמעותי בצמחים בלחץ בצורת בהשוואה להשקיה טובה בשני תנאי הטמפרטורה (עמ ' &lt; 0.05, איור 6). עקת חום בזמן השקיה טובה רק הפחיתה את גובה הצמח (עמ ' &lt; 0.05, איור 6), אך לא הפחיתה באופן משמעותי את שטח העלה, רוחב הצמח או ממוצע מעגלי הגוון. ניתן לחקור את ההבדל הזה בגוון על ידי הערכת גוון תכונת הצבע הרב-ערכית, המשורטט כהיסטוגרמה באיור 7, ולא רק כממוצע. הירידה בגוון הממוצע עקב בצורת נבעה ממעבר מפיקסלים ירוקים לצהובים, שידועים בשם כלורוזיס (איור 7). בעוד שהחום לא הראה הבדל משמעותי בגוון הממוצע, הוא הראה ירידה ועלייה עקב הצהבה (כלורוזיס) והתכהות של הצבע הירוק (איור 7).
לאחר ההדמיה, הצמחים נחתכו בצומת שורש-יורה ונרשם משקל הרקמה מעל הקרקע. השורשים נשטפו בעדינות ויובשו במגבת, ולאחר מכן נשקלו, כדי לחשב את הביומסה הכוללת של הצמח (המכונה גם משקל) לצורך השוואה לשיטת הפנוטיפ מבוססת התמונה המתוארת. שטח העלים שנמדד באמצעות ניתוח תמונה נמצא בקורלציה חזקה לביומסה של הצמח (R2 = 0.84, איור 8).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig01.jpg"> 
איור 1: תמונה של מערך סטודיו הצילום עם רכיבים מתויגים עבור איסוף תמונות צמחים. (A) בד בדרגת צילום, (B) כרטיס צבעוני, (C) קו סרט להצבת עציצים באופן אחיד, (D) מצלמה דיגיטלית, (E) מחשב לוח יחיד, (F) צג המציג את תהליך לכידת התמונה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig02.jpg"> 
איור 2: סקירה כללית של זרימת העבודה של ההדמיה. מסופקת תמונה מייצגת "באיכות גבוהה" ו"באיכות נמוכה". <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig02large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig3v2.jpg"> 
איור 3: סקירה כללית של זרימת העבודה של ניתוח תמונות ב-PlantCV. מוצגות תמונות מייצגות של פילוח באיכות "גבוהה", "מקובלת" ו"נמוכה"; תכונות PlantCV מיוצגות באמצעות מתאר ורוד של צורת הצמח השלם, ומתאר כחול של אזור הצמח. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig3v2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig04.jpg"> 
איור 4: סיכום וייצוג חזותי של תכונות הצורה שנלכדו מהניתוח. פונקציית צורה ב- PlantCV. קופסאות סגולות מייצגות תכונות שאינן משתמשות בתכונה אחרת בחישובן. קופסאות כתומות מייצגות תכונות המשתמשות בתכונות אחרות בחישובן; חיצים מציינים אילו תכונות משמשות בחישובים אלה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig04large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig05.jpg"> 
איור 5: פנוטיפ מבוסס תמונה לוכד שונות פנוטיפית ותכונות מתואמות. (A) שונות של תכונות המוסברות על ידי טיפול (מימין), ומתאם של תכונות זו לזו (משמאל). כל תכונה מסומנת, ואחריה יחידת המדידה שלה; "NA" פירושו שזו מדידה ללא יחידות. (B) תמונה של הצמח שהיה לו שטח העלים הגבוה ביותר והממוצע המעגלי (מעלות) בגוון הגבוה ביותר. (C) תמונה של הצמח שהיה לו שטח העלים הקטן ביותר וממוצע מעגלי בגוון הנמוך ביותר (מעלות). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig05large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig06.jpg"> 
איור 6: השוואת Boxplot של השפעות הטיפול על פנוטיפים של צמחים. שטח העלה (A), הגובה (B), הרוחב (C) והממוצע המעגלי של הגוון (D) מושווים עבור השפעת הבצורת, החום והלחצים המשולבים. n = 4. אותיות מייצגות הבדלים מובהקים סטטיסטית בין טיפולים (p &lt; 0.05); הטיפולים הושוו באמצעות רגרסיה ליניארית ומבחן פוסט-הוק (ממוצע שולי משוער) עם תיקון סידק להשוואות מרובות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig06large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig07.jpg"> 
איור 7: היסטוגרמות של צבע (גוון) מסוכמות של כל הפיקסלים של כל שילוב טיפולים, מנורמלות על ידי המספר הכולל של פיקסלים בשילוב הטיפול. היסטוגרמות נצבעות לפי ערך הצבע של דרגת הגוון. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig07large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig08.jpg"> 
איור 8: מתאם של שטח העלים שנמדד מתמונות לביומסה של צמח שלם. כל נקודה שחורה מייצגת צמח אחד. הקו הוורוד מייצג את המתאם הליניארי בין שטח העלה (X) לביומסה (Y). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig08large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>תכונה</td>
			<td>גורם</td>
			<td>דרגות חופש</td>
			<td>ערך F</td>
			<td>ערך p</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>שטח העלה (ס"מ^2)</td>
			<td>טמפרטורה</td>
			<td>1</td>
			<td>0.5372</td>
			<td>0.4766</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>שטח העלה (ס"מ^2)</td>
			<td>מים</td>
			<td>1</td>
			<td>226.5318</td>
			<td>1.32ה-09</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>שטח העלה (ס"מ^2)</td>
			<td>טמפרטורה: מים</td>
			<td>1</td>
			<td>2.1526</td>
			<td>0.1661</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>שטח העלה (ס"מ^2)</td>
			<td>שאריות</td>
			<td>13</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>גובה (ס"מ)</td>
			<td>טמפרטורה</td>
			<td>1</td>
			<td>5.9426</td>
			<td>0.0298935</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>גובה (ס"מ)</td>
			<td>מים</td>
			<td>1</td>
			<td>21.107</td>
			<td>0.0005029</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>גובה (ס"מ)</td>
			<td>טמפרטורה: מים</td>
			<td>1</td>
			<td>2.1752</td>
			<td>0.1640545</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>גובה (ס"מ)</td>
			<td>שאריות</td>
			<td>13</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>רוחב (ס"מ)</td>
			<td>טמפרטורה</td>
			<td>1</td>
			<td>2.2495</td>
			<td>0.1575</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>רוחב (ס"מ)</td>
			<td>מים</td>
			<td>1</td>
			<td>75.5474</td>
			<td>8.92ה-07</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>רוחב (ס"מ)</td>
			<td>טמפרטורה: מים</td>
			<td>1</td>
			<td>0.0839</td>
			<td>0.7766</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>רוחב (ס"מ)</td>
			<td>שאריות</td>
			<td>13</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>גוון ממוצע מעגלי (מעלות)</td>
			<td>טמפרטורה</td>
			<td>1</td>
			<td>0.9154</td>
			<td>0.3561432</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>גוון ממוצע מעגלי (מעלות)</td>
			<td>מים</td>
			<td>1</td>
			<td>27.7988</td>
			<td>0.0001509</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>גוון ממוצע מעגלי (מעלות)</td>
			<td>טמפרטורה: מים</td>
			<td>1</td>
			<td>3.4792</td>
			<td>0.0848724</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>גוון ממוצע מעגלי (מעלות)</td>
			<td>שאריות</td>
			<td>13</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
טבלה 1: תוצאות מודל הרגרסיה הליניארית וניתוחי ANOVA דו-כיווניים הבוחנים את ההשפעות של טיפול במים, טיפול בטמפרטורה והאינטראקציה ביניהם על תכונות הצמח.

הדמיה וניתוח לכימות תירס (Zea mays) פנוטיפים של מתח אביוטי

Measuring quantitative plant phenotypes, or traits, is essential for understanding plant responses to environmental factors, including biotic and abiotic ...

המחקר שלנו מתמקד בפיתוח ויישום כלים לפנוטיפ צמחים בתפוקה גבוהה. המטרה שלנו היא לבצע מדידות במהירות, במחיר סביר ומבלי להרוג את הצמחים. ההתפתחויות האחרונות בתחום הפנוטיפ של צמחים הרחיבו את ניתוח התמונה לסוגים שונים של מצלמות, כגון לוויינים ומל"טים ויישמו טכניקות חדשות בלמידת מכונה.אתגרי הניסוי הנוכחיים כוללים את ההיקף הגדול והעבודה המשמעותית הנדרשת כדי ללכוד מדידות בנקודות זמן רבות, טיפולים סביבתיים וגנוטיפים כדי להתקדם משמעותית בשאלות ביולוגיות. הפרוטוקול שלנו מספק שיטה פשוטה לצילום וניתוח תמונות מפעל במהירות ובגמישות ללא צורך בציוד יקר. כדי להתחיל, הפעל את רצועת החשמל באמצעות המתג ולחץ על הכפתור כדי להפעיל את הצג.סובב את המתג במחשב הלוח היחיד או בכבל החשמל SBC למצב מופעל.הנח את המצלמה על חצובה או שולחן וספק חשמל למצלמה באמצעות כבל החשמל או הסוללות. הפעל את המצלמה באמצעות לחצן ההפעלה של המצלמה. חבר את המצלמה ליציאת ה-USB ב-SBC באמצעות כבל העברת הנתונים המצורף ולמצלמה.לאחר מכן, הניחו פיסת סרט בצבע כהה על בד הצילום שבו יונח הסיר. כעת מקם את הסיר על הסרט המסומן. עבור צמחים הגדלים במישור, כגון תירס ודורה, מקם את הזווית הרחבה ביותר של הצמח לכיוון המצלמה.התאם את כרטיס הצבע כך שיהיה בקו אחד עם העציץ, אך מופרד מהצמח ללא חפיפה. לחץ על כפתור הטרמינל כדי לפתוח את הטרמינל ב- SBC. הזן את שורת הקוד כדי לפתוח את החלון לצילום תמונה.לאחר מכן הקלד את שם התמונה באופן ידני או סרוק ברקוד או קוד QR של הצמח באמצעות סורק ברקוד. לאחר צילום התמונה, בחר אפשרות לשמור את התמונה באופן מקומי או בשרת נטען או באחסון בענן. לחץ על לחץ כאן כדי לצלם תמונה"כפתור כדי לצלם את התמונה.אם נבחר אחסון מקומי, פתח/י את התיקיה ״תמונות״ במכתבה כדי לסקור את התמונה. אם נעשה שימוש בשרת או באחסון בענן, פתח את התמונה במיקום זה. לאחר לכידת כל התמונות, השתמש בשיטה המועדפת, כגון אחסון USB, דפדפן אינטרנט או העברת SSH כדי להעתיק את כל התמונות מה-SBC למחשב מקומי או לאחסון בענן.הורד את הקבצים הדרושים למחשב או לשרת מקומי. התקן את plantcv באמצעות שורת הפקודה או מנהל החבילות. פתח את photo-studio-SV-notebook.ipynb באמצעות עורך קוד מועדף כגון JupyterLab או Visual Studio Code. הפעל כל בלוק קוד, ובצע את העריכות הדרושות על סמך הפרמטרים המתוארים בקוד כדי לקבל מסכה נקייה של הצמח. כאשר אתה מרוצה מניתוח התמונה לדוגמה, פתח את זרימת העבודה.py בעורך הקוד המועדף. עריכת תהליך עבודה. py כדי לכלול את כל שינויי הפרמטרים שבוצעו ב-photo-studio-SV-notebook.ipynb ושמור את הקובץ. פתח את photo-studio-SV-config. JSON כדי לעדכן את נתיבי הקבצים.שנה נתיבים לתיקיית קלט המכילה תמונות צמחים ותיקיית פלט שבה יאוחסנו תמונות ותוצאות מעובדות. פתח מסוף והפעל את plantcv עם הפקודה conda הפעל את plantcv ולחץ על Enter במקלדת. שנה את שורת הקוד שצוינה כך שתצביע על התצורה המעודכנת של photo-studio-SV-config.JSON. בטרמינל, הקלד את הקוד שהשתנה ולחץ על Enter במקלדת. ודא ש-plantcv מופעל בטרמינל.לאחר מכן הפעל את הפקודה כדי להמיר results-photo-studio. json ל-csv, ולעדכן את נתיב הקובץ בהתאם. ניתוח תמונות ב-plantcv פילח בהצלחה צמחי תירס מהרקע באמצעות סף ערוץ כפול.ניתוח הצמח סיפק 16 תכונות של ערך יחיד, כולל שטח עלה, גובה, רוחב וממוצע מעגלי של גוון עם תכונות מרובות ערכים המשורטטות כהיסטוגרמות. שטח העלה, הגובה, הרוחב והממוצע המעגלי של הגוון הסבירו יותר מ-50% מהגרסאות עקב הטיפול, מה שהופך אותם למדדי מפתח לניתוח במורד הזרם. הצמח עם שטח העלים הגדול ביותר היה בעל הגוון הממוצע הגבוה ביותר והיה גנוטיפ B73, צמח מושקה היטב ולחץ חום.לשטח העלים הקטן ביותר היה גם הגוון הממוצע הקטן ביותר והיה גנוטיפ B73, צמח לחוץ בצורת ולחץ חום. טיפול במים השפיע באופן משמעותי על שטח העלה, הגובה, הרוחב והגוון הממוצע המעגלי, בעוד שטיפול בטמפרטורה השפיע באופן משמעותי רק על הגובה. עקת בצורת הפחיתה משמעותית את שטח העלים, גובה הצמח, רוחב הצמח וממוצע מעגלי הגוון בשני תנאי הטמפרטורה.הירידה בגוון הממוצע עקב בצורת נבעה ממעבר מפיקסלים ירוקים לצהובים. עומס חום גרם הן להצהבה והן להתכהות של הצבע הירוק. שטח העלים שנמדד באמצעות ניתוח תמונה נמצא בקורלציה חזקה עם ביומסה של הצמח, מה שמאמת את שיטת הפנוטיפ מבוססת התמונה.

imaging-analysis-for-quantifying-maize-zea-mays-abiotic-stress

Research

JoVE Journal

Biology

ביולוגיה

לכימות חלוקת התאים והתרחבותם יש חשיבות מכרעת להבנת צמיחת הצמח השלם. כאן, אנו מציגים פרוטוקול לחישוב פרמטרים תאיים הקובעים את קצב גידול עלי התירס ומדגישים את השימוש בנתונים אלה לחקירת מנגנוני ויסות צמיחה מולקולרית על ידי הכוונת אסטרטגיות דגימה ספציפיות לשלב ההתפתחות.

ניתוח קינמטית של חטיבה ואת הרחבת תא: כימות הבסיס הנייד של אזורי התפתחותית צמיחת הדגימה<em&gt; Zea Mays</em&gt; מותיר

פרוטוקול ניסיוני מוצג להערכת מערכות שורשי צמחים שגדלו באדמה עם RGB והדמיה היפר-ספקטרלית. שילוב של סדרות זמן של תמונות RGB עם מידע כימומטרי מסריקות היפרספקטרליות מייעל תובנות לגבי דינמיקת שורשי הצמח.

RGB והדמיה ספקטרלי שורש הצמח Phenotyping ומחקר פיזיולוגיים: הגדרת הניסוי והדמיה פרוטוקולים

אנו מספקים שיטה כדי לשפר את הניגודיות הקליטה רנטגן רקמת תירס מתאים סריקת טומוגרפיה microcomputed רגיל. על סמך CT תמונות, אנחנו מציגים את ערכה של זרימות עבודה של עיבוד תמונה עבור חומרים תירס שונים ביעילות לחלץ פנוטיפים מיקרוסקופיים של וסקולריים צרורות של תירס.

טכניקות Phenotyping בקנה מידה מיקרון של חבילות וסקולריים תירס מבוסס על צילום רנטגן טומוגרפיה Microcomputed

תכננו פרוטוקול פנוטיפ מבוסס תמונה כדי לקבוע את התגובות המורפולוגיות והפיזיולוגיות לטיפולי חום, בצורת וכריתת מים בודדים ומשולבים. גישה זו אפשרה זיהוי של תגובות מוקדמות, מאוחרות והתאוששות ברמת צמח שלם, במיוחד חלקים מעל פני הקרקע, והדגישה את הצורך בשימוש בחיישני הדמיה מרובים.

פנוטיפ מבוסס תמונה בתפוקה גבוהה לקביעת תגובות מורפולוגיות ופיזיולוגיות ללחצים בודדים ומשולבים בתפוח אדמה

דימות תהודה מגנטית (MRI) מספק כלי רב עוצמה כדי להעריך את היעילות של ציוד תהליך במהלך המבצע. אנו דנים את השימוש של ה-MRI כדי להמחיש ערבוב במערבל סטטי. היישום הרלוונטי מוצרי טיפוח, אבל יכול להיות מיושם על מגוון רחב של נוזלים, מזון כימי, ביומסה וביולוגיים.

כימות ערבוב באמצעות תהודה מגנטית

כאן אנו מתארים זרימת עבודה עבור מהירות ניתוח ולחקור את האוספים של תמונות מיקרוסקופ פלואורסצנטי באמצעות PhenoRipper, פלטפורמת דימוי ניתוח שפותחה לאחרונה.

ראפיד ניתוח וחקירה של תמונות מיקרוסקופ פלואורסצנטי

כאן אנו מדווחים על פרוטוקול למדידת מתח חמצוני בעוברי דג זברה חיים. הליך זה מאפשר זיהוי מיני חמצן תגובתיים (ROS) הן ברקמות עובר שלמות והן באוכלוסיות תאים בודדים. פרוטוקול זה יבצע ניתוחים איכותיים וכמותיים כאחד.

ניתוח של סטרס חמצוני בעוברי דג הזברה

מערכת השראת השורש הרוחבי (LRIS) מאפשרת אינדוקציה סינכרונית של שורשים לרוחב ומוצגת עבור Arabidopsis thaliana ותירס.

מערכת עין מתנהל שורש לרוחב ב<em&gt; ארבידופסיס</em&gt; ותירס

השעון הביולוגי מווסת כשליש של transcriptome ארבידופסיס, אך אחוז הגנים המזינים בחזרה מדידת זמן נותר עלום. כאן אנו להמחיש שיטה להעריך פנוטיפים יממה במהירות בכל קו מוטציה של ארבידופסיס באמצעות הדמיה זורחת של עיתונאי יממה הביע זמני ב פרוטופלאסט.

ניתוח מהיר של פנוטיפים היממה ארבידופסיס פרוטופלאסט טרנספקציה עם כתבת שעון פלורסנט

בעקבות נזק DNA, תאים אנושיים להפעיל מסלולי תיקון חיוניים כדי לשחזר את שלמות הגנום שלהם. כאן, אנו מתארים את השיטה של חיסון עקיף כאמצעי לזיהוי חלבוני תיקון DNA, לנתח את הגיוס המרחבי והזמני שלהם, ולעזור לחקור אינטראקציה חלבון-חלבון באתרים של נזק DNA.

הדמיה של אינטראקציה חלבוני תיקון DNA על ידי אימונופלואורסץ

למד שיטת הדמיה בעלות נמוכה לכימות פנוטיפים בתירס (Zea mays) תחת מתח אביוטי כמו חום ובצורת. השיטה מודדת שטח עלים, גובה וגוון ומתאימה למחקר ביולוגי.

הדמיה וניתוח לכימות תירס (Zea mays) פנוטיפים של מתח אביוטי

גלה סרטונים נוספים