Plant Phenomics | 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)梨創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在作物育種信息化研究中取得新進(jìn)展

 

作物育種對作物生產(chǎn)的發(fā)展具有重要意義，它不僅可以增加作物產(chǎn)量，強(qiáng)化作物抗性，提升有益物質(zhì)含量，還可以提高生產(chǎn)效率。然而，大多數(shù)的作物育種仍是基于育種者的經(jīng)驗(yàn)性評價(jià)，采用傳統(tǒng)的手工測量、經(jīng)驗(yàn)評價(jià)和書面記錄等方法。這些方法造成DUS測試數(shù)據(jù)主觀性大、難以控制穩(wěn)定性和一致性、數(shù)據(jù)可追溯性低和統(tǒng)計(jì)分析任務(wù)量大、效率低等問題�；�于智能手機(jī)和無線通信技術(shù)的快速發(fā)展與普及，專用作物育種軟件的研究和應(yīng)用已成為種質(zhì)資源研究和育種信息化的主要方向。開發(fā)專業(yè)的育種設(shè)備和育種信息管理軟件，促進(jìn)育種過程的信息化和智能化，可以有效地提高育種效率，減少育種者對定性育種經(jīng)驗(yàn)的依賴，加快種質(zhì)資源的創(chuàng)新和利用。
 

2023年4月，Plant Phenomics 在線發(fā)表了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)梨創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)題為BreedingEIS: an efficient evaluation information system for crop breeding 的文章，該研究基于當(dāng)前流行的計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)和近場通信（NFC）技術(shù)，開發(fā)了一個(gè)安全、高效的新育種平臺（BreedingEIS，“云上后稷”），詳細(xì)介紹了該育種系統(tǒng)的基本原理、設(shè)計(jì)、部署和使用方法，并指出了該育種系統(tǒng)的未來發(fā)展計(jì)劃。
 

圖1 BreedingEIS系統(tǒng)登陸頁

該系統(tǒng)支持跨操作系統(tǒng)，且功能擴(kuò)展便捷，應(yīng)用服務(wù)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)采用云服務(wù)器部署，有中英文兩種系統(tǒng)語言，默認(rèn)設(shè)置為英文，由web 客戶端和移動客戶端組成。完整的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，操作過程分為三個(gè)步驟：① web 端基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入及身份碼制作，② 移動端田間評價(jià)數(shù)據(jù)的收集，③ web 端匯總分析評價(jià)數(shù)據(jù)等。
 

圖2 BreedingEIS系統(tǒng)架構(gòu)描述(A)和操作流程圖(B)

web 端通過網(wǎng)站www.nnyshj.com 登錄進(jìn)入。主要功能模塊包括首頁展示、育種管理、性狀及描述符維護(hù)和意見反饋。通過完善各功能模塊中的子功能提高系統(tǒng)使用效率：為新用戶構(gòu)建引導(dǎo)方式上傳基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，簡化初步工作；圖形顯示模式生成群體單株身份碼，直觀易于理解；引入NFC 電子芯片，提高操作效率及安全性；創(chuàng)新加入收藏功能，便捷標(biāo)記優(yōu)秀單株；預(yù)置多個(gè)物種性狀及描述符等。
 

圖3 BreedingEIS系統(tǒng)web端主要頁面展示

移動端可以從web頁面（Android）或移動端應(yīng)用商店（iOS）搜索下載并安裝：BreedingEIS-M。移動端主要開展田間評價(jià)信息的收集和保存，采集照片、音視頻以及查看歷史評價(jià)信息等功能。結(jié)合NFC電子標(biāo)簽，能夠大幅提高田間工作效率；加入歷史記錄查看功能，實(shí)時(shí)便捷的回溯歷史數(shù)據(jù)；分步驟、分區(qū)域設(shè)計(jì)功能，操作簡便實(shí)用；完善的app視覺效果提升用戶體驗(yàn)等。
 

圖4 BreedingEIS系統(tǒng)移動端主要頁面展示

系統(tǒng)通過設(shè)置三級管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)各級賬戶具有不同的權(quán)限，以確保數(shù)據(jù)的安全性，加強(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。用戶需通過申請管理員賬戶以使用該系統(tǒng)。同時(shí)，該系統(tǒng)也支持用戶部置在自有服務(wù)器上，以確保數(shù)據(jù)隱私。web客戶端和Github上提供有詳細(xì)的系統(tǒng)部署協(xié)議（安裝手冊）和系統(tǒng)應(yīng)用說明（操作說明），以方便用戶能夠輕松地使用該系統(tǒng)。
 

該研究依托南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院/梨工程技術(shù)研究中心完成，齊開杰高級實(shí)驗(yàn)師為論文的第一作者，鐘山青年研究員吳瀟博士為共同第一作者，張紹鈴教授和陶書田教授為共同通訊作者。參與研究的還有南京農(nóng)業(yè)大學(xué)谷超教授、謝智華高級實(shí)驗(yàn)師。該研究得到了中央高�；�本業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金等資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.34133/plantphenomics.0029

軟件獲取及代碼下載：

http://www.nnyshj.com/

https://github.com/qikaijie/BreedingEIS-M

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About Plant Phenomics

《植物表型組學(xué)》（Plant Phenomics）是由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和美國科學(xué)促進(jìn)會（AAAS）合作創(chuàng)辦的英文學(xué)術(shù)期刊，于2019年1月正式上線發(fā)行。采用開放獲取形式，刊載植物表型組學(xué)交叉學(xué)科熱點(diǎn)領(lǐng)域具有突破性科研進(jìn)展的原創(chuàng)性研究論文、綜述、數(shù)據(jù)集和觀點(diǎn)。具體范圍涵蓋高通量表型分析的最新技術(shù)，基于圖像分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育種和農(nóng)業(yè)實(shí)踐中的表型組學(xué)新應(yīng)用，與植物表型相結(jié)合的分子生物學(xué)、植物生理學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、作物模型和其他組學(xué)研究，表型組學(xué)相關(guān)的植物生物學(xué)等。期刊已被DOAJ、Scopus、PMC、EI和SCIE等數(shù)據(jù)庫收錄。科睿唯安JCR2021影響因子為6.961，位于農(nóng)藝學(xué)、植物科學(xué)、遙感一區(qū)。中科院農(nóng)藝學(xué)、植物科學(xué)一區(qū)、遙感二區(qū)、生物大類一區(qū)（TOP期刊）。2020年入選中國科技期刊卓越行動計(jì)劃高起點(diǎn)新刊項(xiàng)目。

說明：本文由《植物表型組學(xué)》編輯部負(fù)責(zé)組稿。

中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。

特邀作者：齊開杰

排版：張婕（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）

審核：孔敏、王平