Die erfolgreiche Etablierung eines Pflanzensämlings ist eine entscheidende Determinante für die langfristige Pflanzengesundheit und das Überleben. Eine erfolgreiche Etablierung hängt von der Reaktion des keimenden Samens und des wachsenden Sämlings auf viele interne und externe Faktoren ab. Die Reaktion eines Sämlings auf Licht nach dem Auftauchen aus dem Boden ist durch wichtige Veränderungen im Wachstum und in der Entwicklung gekennzeichnet, die zusammen als Photomorphogenese bezeichnet werden. Dazu gehören die Ausdehnung der Keimblätter, das verstärkte Wurzelwachstum und die Produktion von Chlorophyll. Während diese Abfolge von photomorphogenen Entwicklungsveränderungen gut charakterisiert wurde, kann der Prozess selbst auf individueller Basis sehr unterschiedlich sein. Hochauflösende Bildgebung und Computerverarbeitung haben sich als nützliche Werkzeuge zur Quantifizierung photomorphogener Phänotypen herausgestellt. Sie sind besonders wertvoll für die Untersuchung dynamischer Prozesse in Echtzeit.
In ihrer neuen Studie veröffentlicht in AoBP, Stephen Deslauriers von der University of Minnesota präsentiert eine neue Methodik zur Untersuchung der Photomorphogenese mit hochauflösender Bildgebung und Messung der Wachstumsrate mit einer Computer-Vision-Kamera und Open-Source-ImageJ-Software. Ziel der Studie war es: (i) eine bildgebende Methode zu entwickeln, die Änderungen der Wachstumsrate erfassen kann, wenn Sämlinge in Echtzeit von Dunkelheit zu blauem Licht wechseln, und (ii) diese Methode auf die QTL-Analyse (Single-Quantitative Trait Locus) anzuwenden Cvi × Ler rekombinante Inzuchtlinie (RIL) Kartierungspopulation von Arabidopsis thaliana.
Deslauriers fand heraus, dass ein 8-stündiger Zeitverlauf, bestehend aus 3 Stunden Dunkelheit und 5 Stunden Blaulichteinwirkung, ausreicht, um signifikante Unterschiede in der Wachstumsrate in jeder Bedingung aufzulösen. Die QTL-Analyse detektierte signifikante Loci, die mit der Dunkelwachstumsrate auf Chromosom 5 assoziiert sind, und signifikante Loci, die mit der Light-Wachstumsrate auf Chromosom 2 in der RIL-Kartierungspopulation assoziiert sind. Mit diesen Loci assoziierte Kandidatengene, wie der zuvor charakterisierte ER-Locus, unterstreichen die Anwendung dieses Ansatzes für die QTL-Analyse. Deslauriers kam zu dem Schluss, dass die Methodik zur Identifizierung genetischer Elemente verwendet werden kann, die die Reaktionen von Sämlingen auf Licht regulieren, jedoch würden Verfeinerungen des Bildgebungssystems, einschließlich der Verwendung mehrerer Kameras, die QTL-Analyse von Merkmalen im Zusammenhang mit der Photomorphogenese erheblich verbessern.
Weitere Informationen zu der in der Studie verwendeten Hardware und Bildgebung finden Sie unter phytomorph.wisc.edu.
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Deslauriers, SD, 2021. Hochauflösende Bildgebung als Werkzeug zur Identifizierung quantitativer Merkmalsorte, die die Photomorphogenese in Arabidopsis thaliana regulieren. AoB PLANTS. https://doi.org/10.1093/aobpla/plab063
