莴苣(Lactuca spp.)水分胁迫应答基因组位点的分子定位( Molecular Mapping of Water-Stress Responsive Genomic Loci in Lettuce (Lactuca spp.) Using Kinetics Chlorophyll Fluorescence, Hyperspectral Imaging and Machine Learning )

P Kumar RL Eriksen I Simko B Mou

深入了解生菜耐水胁迫遗传结构是高效优化开发耐水胁迫品种的关键，是在有限灌溉条件下维持生菜产量的最经济、最环保的途径。在降水量有限的地区，生菜（Lactuca sativa L.）的生产严重依赖于利用地下水灌溉。生菜对水分胁迫非常敏感，这也影响了其养分吸收效率。受水胁迫的植物生长减少，生物量降低，抽薹和开花提前，导致苦味。传统的水分胁迫表型评价方法劳动强度大、耗时长、容易出错。利用动态叶绿素荧光和高光谱成像技术构建高通量表型平台，可以有效地获得与光合作用和次生代谢物相关的生理性状，提高耐水分胁迫育种的效率。动态叶绿素荧光和高光谱成像与传统园艺性状一起确定了受水分胁迫影响的基因组位点。对有监督的机器学习模型在区分水分胁迫植物和识别莴苣水分胁迫相关参数方面的准确性进行了评价。随机森林(RF)利用动态叶绿素荧光参数进行分类的准确率为89.7%，神经网络(NN)利用高光谱成像衍生的植被指数进行分类的准确率为89.8%。利用一个L.sativa×L.serriola种间重组自交系(RIL)群体,对经RF和NN序贯正向选择选出的前10个叶绿素荧光参数和植被指数进行了遗传定位。共分离出25个与水分胁迫相关的园艺性状QTL，26个与叶绿素荧光性状相关的QTL，34个与光谱植被指数(VI)相关的QTL。园艺性QTL解释的表型变异百分率为6.41%～19.5%,叶绿素荧光QTL解释的表型变异百分率为6.93%～13.26%,VI QTL解释的表型变异百分率为7.2%～17.19%。在6条生菜染色体上共定位了8个QTL簇，它们分别是园艺性状、叶绿素荧光参数和VI的共定位QTL。与定位的QTL簇连锁的分子标记可用于标记辅助选择，以培育耐水分胁迫的生菜。

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