深度学习赋能田间小麦旗叶角度精准测量
中国科学院遗传与发育生物学研究所(IGDB)的姜宁研究员团队提出了一种基于深度学习的低成本、高精度小麦旗叶角度(FLANG)田间测量方法,并开发了轻量级深度学习模型LeafPoseNet,实现了对FLANG的自动化、高通量精准估算。 旗叶角度是小麦育种中的关键性状,直接影响植株株型、光能捕获效率和产量潜力。然而,传统测量依赖人工,耗时耗力且主观性强,严重制约了现代小麦高通量表型分析的发展。为突破这一瓶颈,研究团队构建了基于关键点检测的LeafPoseNet模型,可自动识别旗叶的三个关键点:旗叶中心(Point L)、旗叶与茎秆连接处(Point J)以及茎秆中心(Point S),从而实现FLANG的自动计算。 与现有先进关键点检测模型相比,LeafPoseNet表现出卓越性能:平均绝对误差(MAE)仅为1.75°,均方根误差(RMSE)为2.17°,决定系数(R²)高达0.998,具备在不同叶形和复杂田间环境下稳定定位关键点的能力。该模型结构轻量,计算效率高,可直接部署于智能手机,支持田间快速、大规模测量。 研究人员利用LeafPoseNet对221份面包小麦种质资源进行了FLANG测量,并结合混合线性模型(MLM)开展全基因组关联分析(GWAS),成功鉴定出10个与旗叶角度相关的数量性状位点(QTL),为解析小麦旗叶角度的遗传基础提供了重要依据。 该研究成果发表于《The Crop Journal》期刊,为小麦育种和遗传研究提供了一种高效、实用的田间表型分析工具,推动了智能育种技术的发展。
