南京农业大学研究生，南京农业大学研究生院
种子中必需矿质元素和有毒元素的浓度、化学形态和空间分布对人类健康具有重要意义。为了识别负责元素吸收、转运和储存的基因，需要采用高通量表型分析方法来可视化元素在种子中的分布和浓度。当前缺少一种能够高通量识别具有元素异常的个体以及表征元素空间分布的方法来筛选突变体库和自然变异群体。
近期，南京农业大学汪鹏教授课题组在Plant Physiology杂志Breakthrough Technologies栏目发表了题为Fast X-ray fluorescence microscopy (µ-XRF) provides a high-throughput phenotyping platform for element distribution in seeds的文章，基于X-射线荧光显微成像技术平台，发展了种子元素含量突变体筛选的高通量表型分析平台。
该平台能直接对种子元素含量及空间分布表型的无损分析，可用于完整种子或种子不同部位形状以及所对应的元素含量等多种表型数据进行采集和计算。用户能在短时间内高通量获取植物组织中元素的浓度及空间分布信息（图1）。例如，扫描4190株甲基磺酸乙酯(EMS)诱变的M1代水稻突变体库种子只需要39小时。利用该平台，高通量扫描了4190个EMS诱变的突变体库和533份水稻自然变异品种材料，同时测量了完整种子、种子胚、胚乳及糊粉层的形状、元素浓度和空间分布。
图1. 高通量种子表型分析平台
进一步通过全基因组关联分析研究 （GWAS） ，共鉴定出692个突变体和65个与水稻种子中元素空间分布相关的位点 （图2和3） 。本研究发现的突变体和候选基因为研究控制植物种子中矿质元素积累和空间变异的遗传和分子机制提供了基础。
图2. 表型分析平台能够高通量鉴别具有元素异常的个体以及表征元素空间分布
图3. 65个与水稻种子中元素空间分布相关位点的染色体位置图。不同颜色表示不同表型扫描结果：红色表示种子形状，包括粒长、粒宽，横截面、胚、胚乳以及糊粉层面积；蓝色表示胚乳中元素的浓度；绿色表示胚内元素浓度；紫色表示整个种子内的元素浓度；橙色表示种子横截面内的元素浓度；黑色表示糊粉层内的元素浓度。
博士生任子文为论文第一作者，汪鹏教授为通讯作者。该研究得到了中央高校业务费的资助。
全文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiac534
南京农业大学研究生(南京农业大学研究生院)
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