TY - JOUR

T1 - Автоматическое фенотипирование морфологии колоса тетра- и гексаплоидных видов пшеницы методами компьютерного зрения

AU - Pronozin, A. Y.

AU - Paulish, A. A.

AU - Zavarzin, E. A.

AU - Prikhodko, A. Y.

AU - Prokhoshin, N. M.

AU - Kruchinina, Y. V.

AU - Goncharov, N. P.

AU - Komyshev, E. G.

AU - Genaev, M. A.

N1 - Пронзин А.Ю., Паулиш А.А., Заварзин Е.А., Приходько А.Ю., Прохошин Н.М., Кручинина Ю.В., Гончаров Н.П., Комышев Е.Г., Генаев М.А. Автоматическое фенотипирование морфологии колоса тетра- и гексаплоидных видов пшеницы методами компьютерного зрения // Вавиловский журнал генетики и селекции. - 2021. - Т. 25. - № 1. - С. 71-81

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Внутривидовая классификация культурных растений необходима для эффективного сохранения биологического разнообразия видов, изучения их происхождения, определения филогении и проведения межвидовой гибридизации при селекции. Современные возделываемые виды пшениц произошли от трех диких диплоидных предков в результате гибридизации и нескольких раундов удвоения геномов и представлены ди-, тетра- и гексаплоидными видами. Поэтому идентификация плоидности пшениц и определение их геномного состава являются одними из основных этапов их классификации на основе визуального анализа фенотипических признаков колоса. Цель работы - исследование морфологических характеристик колосьев полиплоидных видов пшеницы методами высокопроизводительного фенотипирования. Выполнено фенотипирование количественных характеристик колоса 17 видов пшеницы (595 растений, 3348 изображений), включая восемь тетраплоидных: Triticum aethiopicum , T. dicoccoides , T. dicoccum , T. durum , T. militinae , T. polonicum , T. timopheevii , T. turgidum и девять гексаплоидных: T. compactum , T. aestivum (в том числе изогенная линия сорта Новосибирская 67 АНК-23),T. antiquorum, T. spelta (включая стародавний сорт T. spelta Rother Sommer Kolben), T. petropavlovskyi, T. yunnanense,T. macha, T. sphaerococcum, T. vavilovii. Морфология колоса описана на основе девяти количественных признаков, включающих форму, размер и остистость. Признаки были получены в результате анализа цифровых изображений с помощью программы WERecognizer. Кластерный анализ растений по характеристикам формы колоса и сравнение их распределений у тетра- и гексаплоидных видов показали более высокую вариабельность признаков у гексаплоидных видов по сравнению с тетраплоидными. При этом сами виды в пространстве характеристик колоса формируют два кластера. К первому относятся преимущественно гексаплоидные виды, за исключением одного тетраплоидного, дикорастущего T. dicoccoides, ко второму - тетраплоидные, за исключением трех гексаплоидных, T. compactum, T. antiquorum, T. sphaerococcum, и i:АНК-23. Показано, что морфологические характеристики колосьев для гекса- и тетраплоидных видов, полученные на основе компьютерного анализа изображений, демонстрируют различия, которые в дальнейшем могут быть использованы для разработки методики эффективной классификации растений по плоидности и их видовой принадлежности в автоматическом режиме.

AB - Внутривидовая классификация культурных растений необходима для эффективного сохранения биологического разнообразия видов, изучения их происхождения, определения филогении и проведения межвидовой гибридизации при селекции. Современные возделываемые виды пшениц произошли от трех диких диплоидных предков в результате гибридизации и нескольких раундов удвоения геномов и представлены ди-, тетра- и гексаплоидными видами. Поэтому идентификация плоидности пшениц и определение их геномного состава являются одними из основных этапов их классификации на основе визуального анализа фенотипических признаков колоса. Цель работы - исследование морфологических характеристик колосьев полиплоидных видов пшеницы методами высокопроизводительного фенотипирования. Выполнено фенотипирование количественных характеристик колоса 17 видов пшеницы (595 растений, 3348 изображений), включая восемь тетраплоидных: Triticum aethiopicum , T. dicoccoides , T. dicoccum , T. durum , T. militinae , T. polonicum , T. timopheevii , T. turgidum и девять гексаплоидных: T. compactum , T. aestivum (в том числе изогенная линия сорта Новосибирская 67 АНК-23),T. antiquorum, T. spelta (включая стародавний сорт T. spelta Rother Sommer Kolben), T. petropavlovskyi, T. yunnanense,T. macha, T. sphaerococcum, T. vavilovii. Морфология колоса описана на основе девяти количественных признаков, включающих форму, размер и остистость. Признаки были получены в результате анализа цифровых изображений с помощью программы WERecognizer. Кластерный анализ растений по характеристикам формы колоса и сравнение их распределений у тетра- и гексаплоидных видов показали более высокую вариабельность признаков у гексаплоидных видов по сравнению с тетраплоидными. При этом сами виды в пространстве характеристик колоса формируют два кластера. К первому относятся преимущественно гексаплоидные виды, за исключением одного тетраплоидного, дикорастущего T. dicoccoides, ко второму - тетраплоидные, за исключением трех гексаплоидных, T. compactum, T. antiquorum, T. sphaerococcum, и i:АНК-23. Показано, что морфологические характеристики колосьев для гекса- и тетраплоидных видов, полученные на основе компьютерного анализа изображений, демонстрируют различия, которые в дальнейшем могут быть использованы для разработки методики эффективной классификации растений по плоидности и их видовой принадлежности в автоматическом режиме.

KW - Biotechnology

KW - Computer vision

KW - Image processing

KW - Machine learning

KW - Phenomics

KW - Wheat

KW - Wheat spike morphology

UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85103764057&partnerID=8YFLogxK

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=44831860

U2 - 10.18699/VJ21.009

DO - 10.18699/VJ21.009

M3 - статья

C2 - 34901705

AN - SCOPUS:85103764057

VL - 25

SP - 71

EP - 81

JO - Вавиловский журнал генетики и селекции

JF - Вавиловский журнал генетики и селекции

SN - 2500-0462

IS - 1

M1 - 8

ER -