Ученые Новосибирского госуниверситета (НГУ) и ИЦИГ СО РАН представили новый подход для сбора, хранения и анализа информации о морфометрических характеристиках колоса пшеницы с помощью цифрового анализа фотоснимков. Информационная система SpikeDroidDB позволяет хранить цифровые изображения колоса, аннотировать их фенотипические характеристики по 14 важным признакам и предоставляет гибкую систему запросов для доступа к данным. Об этом сообщили в пресс-службе НГУ.
С использованием SpikeDroidDB ученые произвели оцифровку и аннотацию коллекции колосьев гибридов F2 от скрещивания австралийского сорта мягкой пшеницы Triple Dirk с образцом KU506 китайской пшеницы Triticum yunnanense. Проведен анализ изменчивости колосьев по форме, длине и ширине.
Структура колоса – один из важнейших признаков злаков, связанный с такими их хозяйственно ценными качествами, как продуктивность, устойчивость к факторам внешней среды и вредителям, легкость обмолота. Колосья различаются по форме, размерам, плотности, остистости, цвету и т.д.
Для селекционеров и генетиков большое значение имеют такие параметры, как число зерен в колосе, масса тысячи зерен и другие. Эти характеристики тесно связаны с продуктивностью растений. Полезным селекционным признаком является форма зерновки и такие характеристики колоса, как его тип, длина, профиль, наличие или отсутствие остей, число плодоносных и стерильных колосков (то есть озерненность), ломкость колоса, свойства колосковой чешуи. Собирать и описывать эти признаки вручную — процесс трудоемкий и длительный.
Сложность работы исследователей состояла в том, что в ее основу были заложены цифровые изображения колосьев. Именно они служат исходными данными при применении методов автоматического фенотипирования. В базе данных собрано более 10 тысяч цифровых изображений колосьев и описаны их структура и свойства, чтобы ученые-генетики могли по фотографии получить все необходимые им данные – размеры колоса, его толщину, ширину, наличие остей, цвет колосьев и прочее, фактически заменив привычные измерения на анализ изображений.
В системе SpikeDroidDB с каждым колосом можно соотнести несколько изображений. Для каждого из них указывается протокол, с помощью которого оно было получено. Для съемки разработчики использовали два протокола получения цифровых изображений зрелых колосьев. Они выбрали синий фон, как наиболее контрастный к цвету колосьев и позволяющий легко отделить объект от фона.
Съемка колосьев проводилась в двух вариантах:
По словам разработчиков, селекционеры и генетики, занимающиеся выведением новых сортов пшеницы, проявляют большой интерес к данной разработке и высказывают заинтересованность в работе с ней, чтобы автоматизировать кропотливые и длительные рутинные процессы, требующие точности и концентрации внимания. Кроме того, система SpikeDroidDB позволит избежать субъективных оценок, ошибок и неточностей при фенотипировании образцов колосьев.
Прототип системы SpikeDroidDB доступен по ссылке http://spikedroid.biores.cytogen.ru/. Главная страница содержит краткую информацию о базе данных, ссылки для входа в систему или регистрации и ссылки на основные блоки информации в базе данных.