旗葉夾角是決定小麥群體大小、群體光能攔截效率以及通風(fēng)透光性能的關(guān)鍵農(nóng)藝性狀,是小麥株型的重要構(gòu)成因素之一。旗葉夾角因長(zhǎng)期依賴人工測(cè)量,導(dǎo)致效率低、精度差、主觀性強(qiáng),難以滿足大規(guī)模精準(zhǔn)育種和栽培管理的需求。因此,低成本、高精度測(cè)量小麥旗葉夾角成為當(dāng)前亟需解決的技術(shù)瓶頸。
近日,中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員蔣霓團(tuán)隊(duì)提出了成本低廉、實(shí)用性強(qiáng)的小麥田間旗葉夾角圖像采集方法,并開發(fā)了輕量化的關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)模型LeafPoseNet。該模型可自動(dòng)識(shí)別旗葉中心點(diǎn)(Point L)、旗葉與莖的交點(diǎn)(Point J)、莖的中心點(diǎn)(Point S)三個(gè)關(guān)鍵位置,從而實(shí)現(xiàn)旗葉夾角的自動(dòng)計(jì)算。相較于目前主流的關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)模型,LeafPoseNet表現(xiàn)出更高的預(yù)測(cè)精度,其平均絕對(duì)誤差(MAE)為1.75°,均方根誤差(RMSE)為2.17°,決定系數(shù)(R2)達(dá)0.998。因此,LeafPoseNet能精準(zhǔn)、穩(wěn)定地識(shí)別各種類型的葉夾角關(guān)鍵點(diǎn)位置,體現(xiàn)出良好的魯棒性。
同時(shí),LeafPoseNet采用輕量化設(shè)計(jì),算力需求低,普通手機(jī)可輕松運(yùn)行,適合在田間大規(guī)模、快速測(cè)量使用。研究人員通過LeafPoseNet測(cè)量小麥自然群體旗葉夾角,并進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析,鑒定出10個(gè)與旗葉夾角相關(guān)的數(shù)量性狀位點(diǎn),展示出其應(yīng)用于旗葉夾角遺傳解析的潛力。
該研究基于LeafPoseNet提取的高質(zhì)量表型數(shù)據(jù),為旗葉夾角性狀遺傳解析提供了可靠的表型基礎(chǔ),并為理想株型精準(zhǔn)表型獲取與分子育種設(shè)計(jì)提供了重要技術(shù)路徑與應(yīng)用范式。
相關(guān)研究成果以LeafPoseNet: a low-cost,high-accuracy method for estimating flag leaf angle in wheat為題,發(fā)表在《作物學(xué)報(bào)》(The Crop Journal)上。研究工作得到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院的支持。
基于LeafPoseNet的小麥旗葉夾角表型測(cè)量流程
旗葉夾角是決定小麥群體大小、群體光能攔截效率以及通風(fēng)透光性能的關(guān)鍵農(nóng)藝性狀,是小麥株型的重要構(gòu)成因素之一。旗葉夾角因長(zhǎng)期依賴人工測(cè)量,導(dǎo)致效率低、精度差、主觀性強(qiáng),難以滿足大規(guī)模精準(zhǔn)育種和栽培管理的需求。因此,低成本、高精度測(cè)量小麥旗葉夾角成為當(dāng)前亟需解決的技術(shù)瓶頸。近日,中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員蔣霓團(tuán)隊(duì)提出了成本低廉、實(shí)用性強(qiáng)的小麥田間旗葉夾角圖像采集方法,并開發(fā)了輕量化的關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)模型LeafPoseNet。該模型可自動(dòng)識(shí)別旗葉中心點(diǎn)(Point L)、旗葉與莖的交點(diǎn)(Point J)、莖的中心點(diǎn)(Point S)三個(gè)關(guān)鍵位置,從而實(shí)現(xiàn)旗葉夾角的自動(dòng)計(jì)算。相較于目前主流的關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)模型,LeafPoseNet表現(xiàn)出更高的預(yù)測(cè)精度,其平均絕對(duì)誤差(MAE)為1.75°,均方根誤差(RMSE)為2.17°,決定系數(shù)(R2)達(dá)0.998。因此,LeafPoseNet能精準(zhǔn)、穩(wěn)定地識(shí)別各種類型的葉夾角關(guān)鍵點(diǎn)位置,體現(xiàn)出良好的魯棒性。同時(shí),LeafPoseNet采用輕量化設(shè)計(jì),算力需求低,普通手機(jī)可輕松運(yùn)行,適合在田間大規(guī)模、快速測(cè)量使用。研究人員通過LeafPoseNet測(cè)量小麥自然群體旗葉夾角,并進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析,鑒定出10個(gè)與旗葉夾角相關(guān)的數(shù)量性狀位點(diǎn),展示出其應(yīng)用于旗葉夾角遺傳解析的潛力。該研究基于LeafPoseNet提取的高質(zhì)量表型數(shù)據(jù),為旗葉夾角性狀遺傳解析提供了可靠的表型基礎(chǔ),并為理想株型精準(zhǔn)表型獲取與分子育種設(shè)計(jì)提供了重要技術(shù)路徑與應(yīng)用范式。相關(guān)研究成果以LeafPoseNet: a low-cost,high-accuracy method for estimating flag leaf angle in wheat為題,發(fā)表在《作物學(xué)報(bào)》(The Crop Journal)上。研究工作得到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院的支持。論文鏈接基于LeafPoseNet的小麥旗葉夾角表型測(cè)量流程