[发明专利]改善的植物育种方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及改善的植物育种系统。更具体地，本发明涉及用于育种程序中自动化、高通量分析植物表型和植物基因型的方法。

发明背景

植物育种程序要求分析巨大数目植物的表型。这些分析涉及测量类型众多的植物特征，包括植物形态、疾病和环境胁迫耐受性、种子品质和产量。除了评价表型外，育种程序还经常需要确定基因型，例如旨在鉴定与特定表型相关的DNA标记或旨在证实转基因植物中存在转基因。因此，提取植物基因组DNA也可能是必需的。

传统上，育种程序中表型的分析通过目视评价和手工测量形态学特征实施。然而，因为必须进行评价的植物的数目巨大和早期评价植物时差异细微，该过程是极费时间的，因而限制了可以分析的植物的数目。已经做出初始尝试来通过开发模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana)的评价方法使这种过程自动化。例如，Granier等人描述了由支撑浅盘的钢框架和能够根据软件程序运动的机械臂组成的系统，所述的浅盘带有支撑盆钵的孔(Granier等人，2002，New Phytologist 169：623-635)。拟南芥植物在生长箱中培育并且位移传感器、天平、灌溉管和照相机装在该机械臂上以对每个盆钵称重、灌溉和拍摄数字图片。Boyes等人描述了基于拟南芥中一系列定义的生长阶段用于表型分析的高通量方法，所述的生长阶段充当发育标志和收集形态学数据的触发器。用测径器或尺子或通过视检进行测量(Boyes等人.，2001，Plant Cell 13：1499-1510)。Wang等人描述红外热显影术作为非侵入性高通量工具用于筛选拟南芥卫细胞信号传导突变体的用途(Wang等人.，2004，J.Exp.Bot.55：1187-1193)。

虽然已经开发了用于拟南芥的高通量筛选方法，作物物种的更大尺寸和形态复杂度限制了这些方法对作物物种育种程序的适应性。已经开发了适应于作物物种的表型分型系统的部件。例如，美国专利号5,253,302公开用于植物的自动光学分类的方法，在所述方法中每株植物的图像由彩色摄影机捕获。美国公开的申请号2005/0180608公开了使用用于表型功能分析的图像采集系统的植物生长分析系统。该植物生长分析系统具有传送许多所观察对象的机制，其中所述的对象反复地通过照相机。美国公开的申请号2007/0186313公开了用于快速评价玉米植物中转基因功能的方法。该方法使用定量的、非破坏性成像技术来评价统计相关的受控温室环境中的目的农学性状。美国专利号7,278,236公开用于非破坏地获得植物根系统图像的装置和方法。所述装置包括用于支撑植物根系统的基质、用于容纳该基质的容器、X射线辐射源和X射线图像捕获系统。植物成像系统的一个关键方面是转动植物以从几个不同角度捕获图像的能力。存在使植物绕固定转盘转动同时被拍照的系统。一些系统提供几台照相机用于以不同角度对植物照相。虽然已经开发了用于成像期间转动植物的方法，但是仍需要其中可以精确转动植物或成像装置而同时仍以高速度移动植物的系统。

育种程序中的挑战之一是开发用于辨识和追踪正在评价的巨大数目植物的系统。已经开发了可能用于高通量表型筛选的几个追踪系统。美国专利号6,483,434公开了容器追踪系统，其包含用于追踪多个容器或载具的计算机系统。出于轻易追踪任何单个容器或载具的目的，将应答器安置在容器或载具的本体上。美国专利号7,403,855公开了追踪从培育地点如田野、培育床、试验地或温室长出和/或取得的各株植物的装置和方法。与各株植物相关的机器可读数据同对应植物保持密切关联。美国公开的申请号2004/0200146提供了与其中一株或多株植物正在生长的容器联合使用的装置。该容器已经使自身与装置关联，该装置用于接收查询信号并通过发射唯一标识符信号自动应答。EP1157961公开了容器辨识装置，其具有带发送器和接收器单元的询问装置，使用脉冲信号以询问标识信息。该标识信息由连接于该容器的标签提供，其中所述的容器起到表面波传感器作用。