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第五十六期:给植物量身定做体检仪

主讲人:杨万能

主持人:郭子龙

内容简介
今天的学术沙龙应该是非常特殊的:从内容上讲是我们涉足很少的领域,是典型的学科交叉,几乎不可能相遇的两个领域竟然走到了一起;从形式上讲,杨老师的报告会有相当一部分内容是以视频的形式给大家讲解。
在座的大部分同学都有过下田取样记录数据的经历:烈日当头,穿着胶鞋,拿着一支笔,带着一个本子记录着数据,很快记录本上除了记录的数据以外就是汗水和泥水,大半天过去了却并没有完成很多工作,但衣服上却沾满了泥土。我们就在想,有哪一天,我们再也不用下田了,但却能很快地得到准确的表型数据,让我们有更多的时间去分析数据、思考问题。这个梦想能否实现,今天就要由杨老师给我们解答。
在基因楼南面的实验田里,准确的位置是在二十四节气柱旁边,有一个很大的类似温室的设施,在那里“潜伏”着一只优秀的科研队伍。这支队伍是由华中科技大学光电国家实验室的研究生们组成的,他们与我们一样一直在华农学习工作生活,整整5个年头,杨老师就是其中的一员,不过如今杨老师已经毕业,现在已经是我们学校工学院的老师了。在这5年里,这支优秀的科研队伍做了怎样的工作,这些工作对于我们的科研有着怎样的重大意义,连同刚才的问题一起,由杨老师给我们一一解答。

报告内容:
首先杨老师给我们讲述了这样一个学科交叉是如何结合在一起的。然后杨老师的报告分别从表型组学的概念、国内外研究现状、自己的工作基础和已有进展、下一步的工作计划和展望四个方面展开。
1996年,衰老研究中心主任 Steven A. Garan在滑铁卢大学的一次应邀演讲上首次提出了Phenomics (表型组学)这一概念。 1998年,比利时的CropDesign公司一成立即开始着手研发可大规模开发转基因和植物性状评价的高通量技术平台。2005年,该公司的Christophe 等发表具有里程碑意义的论文,详细阐述了称之为“性状工厂”(TraitMill)的可大规模自动化分析全生育期植物表型的技术设施。2008 年,澳洲植物表型组学设施(Australian Plant Phenomics Facility)在澳大利亚阿德雷德大学威特校区建立。2009年4月,第一届国际植物表型组大会在澳大利亚堪培拉成功举办。2011年9月,德国尤里希表型植物表型研究中心(JPPC, Julich Plant Phenotyping Centre)举行了第二届植物表型组学国际会议(2nd International Plant Phenotyping Symposium 2011)。会议期间,杨万能老师在大会上做题为“Development of a rice plant phenomics facility equipped with agricultural photonics”的技术报告。
在国内外研究进展方面,由于国内除了杨老师这一个研究团队目前还是一片空白,所以主要集中国外的研究进展。主要讲了比利时Cropdesign公司的TaitMill(后被BASF收购)、德国的研究机构LemnaTec、创建于 2008 年的澳大利亚表型组学实验室(APPF)。
杨老师将表型组学概括为以先进的光学成像技术为手段、以图像处理为核心、辅以自动化控制技术和机械制造技术。杨老师形象地将表型组学比喻成一个机器人,光学成像就是机器人的眼睛,图像处理就是机器人的大脑,自动化控制技术和机械制造技术就如同机器人的手臂,三者是一个有机的整体。杨老师的工作主要集中在建立高通量数字化考种平台、水稻高通量表型鉴定平台以及大规模的水稻全生育期表型模型三个方面。
最后关于下一步计划杨老师讲到将进一步完善表型平台并进行大规模的胁迫实验。

交流环节
有同学提问,除了地上部分可以进行自动化表型检测那么地下部分即根方面有没有打算?杨老师回答:目前根方面国际上已经做得很多了,我们想先把地上部分做好,在考虑根。另外,水稻的根很容易被弄断,研究起来不那么容易。
还有很多研究其他作物的比如油菜、玉米的同学对考种机十分感兴趣,他们希望有针对这些农作物的考种机出现。一位研究棉花的同学希望能够有自动测量棉花纤维长度的仪器出现。
还有一位同学谈到了自己的梦想,什么时候表型组学能够深入到微观,能直接看到DNA这些生物大分子在细胞里是如何工作的那就太有意义了。
在交流环节还有很多同学都针对自己的研究领域提出了自己关于表型组学的梦想,很多同学都是连续提问,他们的问题都是他们自己在进行科研的时候实实在在碰到的很棘手的问题,对这些问题杨老师是一一解答。

总结:
基因组学尤其是功能基因组学的发展必须有表型组学的支持,没有高通量、精准的表型组学手段,高通量的测序却不能及时获取到准确的性能,也是没有价值的。我们希望表型组学尽快投入到我们农业生命科学的研究领域,不要还是拿着一支笔、一个本子去田间记录数据,取而代之的是高通量、自动化、数字化的表型组学手段,让我们有更多的时间去分析数据思考问题,从而推动功能基因组学的发展。我们也希望杨老师能够有更多的精彩工作来推动表型组学的发展。如果大家有兴趣可以随时参观我们的表型平台,并与杨老师进行交流。