Published April 20, 2022
| Version v1
Publication
Open
Hyperspectral and genome-wide association analyses of leaf phosphorus status in local Thai indica rice
Creators
- 1. Chulalongkorn University
Description
Phosphorus (P) is an essential mineral nutrient and one of the key factors determining crop productivity. P-deficient plants exhibit visual leaf symptoms, including chlorosis, and alter spectral reflectance properties. In this study, we evaluated leaf inorganic phosphate (Pi) contents, plant growth and reflectance spectra (420–790 nm) of 172 Thai rice landrace varieties grown hydroponically under three different P supplies (overly sufficient, mildly deficient and severely deficient conditions). We reported correlations between Pi contents and reflectance ratios computed from two wavebands in the range of near infrared (720–790 nm) and visible energy (green-yellow and red edge) ( r > 0.69) in Pi-deficient leaves. Artificial neural network models were also developed which could classify P deficiency levels with 85.60% accuracy and predict Pi content with R 2 of 0.53, as well as highlight important waveband sections. Using 217 reflectance ratio indices to perform genome-wide association study (GWAS) with 113,114 SNPs, we identified 11 loci associated with the spectral reflectance traits, some of which were also associated with the leaf Pi content trait. Hyperspectral measurement offers a promising non-destructive approach to predict plant P status and screen large germplasm for varieties with high P use efficiency.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الفوسفور (P) هو أحد المغذيات المعدنية الأساسية وأحد العوامل الرئيسية التي تحدد إنتاجية المحاصيل. تظهر النباتات التي تعاني من نقص P أعراض الورقة البصرية، بما في ذلك الكلور، وتغير خصائص الانعكاس الطيفي. في هذه الدراسة، قمنا بتقييم محتويات الفوسفات غير العضوي للأوراق (Pi) ونمو النبات وأطياف الانعكاس (420-790 نانومتر) من 172 نوعًا من السلالات الأرضية للأرز التايلاندي التي تزرع مائيًا تحت ثلاثة إمدادات P مختلفة (كافية بشكل مفرط، ناقصة بشكل طفيف وظروف ناقصة بشدة). أبلغنا عن وجود ارتباطات بين محتويات Pi ونسب الانعكاس المحسوبة من نطاقين موجيين في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (720-790 نانومتر) والطاقة المرئية (الأخضر والأصفر والحافة الحمراء) ( r > 0.69) في الأوراق التي تعاني من نقص Pi. كما تم تطوير نماذج الشبكات العصبية الاصطناعية التي يمكن أن تصنف مستويات نقص P بدقة 85.60 ٪ وتتنبأ بمحتوى Pi مع R 2 من 0.53، بالإضافة إلى تسليط الضوء على أقسام النطاق الموجي المهمة. باستخدام 217 مؤشرًا لنسبة الانعكاس لإجراء دراسة الارتباط على نطاق الجينوم (GWAS) مع 113,114 SNPs، حددنا 11 موقعًا مرتبطًا بسمات الانعكاس الطيفي، والتي ارتبط بعضها أيضًا بسمات محتوى LEAF Pi. يوفر القياس فائق الطيف نهجًا واعدًا غير مدمر للتنبؤ بحالة النبات P وفحص الجبلة الوراثية الكبيرة بحثًا عن الأصناف ذات الكفاءة العالية في استخدام P.Translated Description (French)
Le phosphore (P) est un nutriment minéral essentiel et l'un des facteurs clés qui déterminent la productivité des cultures. Les plantes déficientes en P présentent des symptômes visuels foliaires, y compris la chlorose, et modifient les propriétés de réflectance spectrale. Dans cette étude, nous avons évalué la teneur en phosphate inorganique foliaire (Pi), la croissance des plantes et les spectres de réflectance (420-790 nm) de 172 variétés de riz thaïlandais cultivées en culture hydroponique dans trois sources de phosphore différentes (conditions trop suffisantes, légèrement déficientes et gravement déficientes). Nous avons rapporté des corrélations entre les teneurs en Pi et les rapports de réflectance calculés à partir de deux bandes d'ondes dans la gamme du proche infrarouge (720-790 nm) et de l'énergie visible (bord vert-jaune et rouge) ( r > 0,69) dans les feuilles déficientes en Pi. Des modèles de réseaux neuronaux artificiels ont également été développés qui pourraient classer les niveaux de carence en P avec une précision de 85,60 % et prédire la teneur en Pi avec R 2 de 0,53, ainsi que mettre en évidence des sections importantes de la bande d'ondes. À l'aide de 217 indices de rapport de réflectance pour effectuer une étude d'association à l'échelle du génome (GWAS) avec 113 114 SNP, nous avons identifié 11 loci associés aux traits de réflectance spectrale, dont certains étaient également associés au trait de teneur en Pi de la feuille. La mesure hyperspectrale offre une approche non destructive prometteuse pour prédire l'état du P des plantes et cribler un grand germoplasme pour les variétés à haute efficacité d'utilisation du P.Translated Description (Spanish)
El fósforo (P) es un nutriente mineral esencial y uno de los factores clave que determinan la productividad de los cultivos. Las plantas con deficiencia de P exhiben síntomas visuales en las hojas, incluida la clorosis, y alteran las propiedades de reflectancia espectral. En este estudio, evaluamos el contenido de fosfato inorgánico (Pi) de la hoja, el crecimiento de la planta y los espectros de reflectancia (420-790 nm) de 172 variedades autóctonas de arroz tailandés cultivadas hidropónicamente bajo tres suministros diferentes de P (condiciones excesivamente suficientes, levemente deficientes y severamente deficientes). Informamos correlaciones entre el contenido de Pi y las relaciones de reflectancia calculadas a partir de dos bandas de ondas en el rango del infrarrojo cercano (720–790 nm) y la energía visible (borde verde-amarillo y rojo) ( r > 0,69) en hojas deficientes en Pi. También se desarrollaron modelos de redes neuronales artificiales que podían clasificar los niveles de deficiencia de P con un 85,60% de precisión y predecir el contenido de Pi con R2 de 0,53, así como resaltar secciones importantes de la banda de ondas. Utilizando 217 índices de relación de reflectancia para realizar el estudio de asociación de todo el genoma (GWAS) con 113,114 SNP, identificamos 11 loci asociados con los rasgos de reflectancia espectral, algunos de los cuales también se asociaron con el rasgo de contenido de Pi de la hoja. La medición hiperespectral ofrece un enfoque no destructivo prometedor para predecir el estado P de la planta y detectar germoplasma grande para variedades con alta eficiencia de uso de P.Files
journal.pone.0267304&type=printable.pdf
Files
(1.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:7c6f64e69053354a90e7a916db6e1880
|
1.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحليلات الارتباط على مستوى الطيف والجينوم لحالة أوراق الفوسفور في أرز إنديكا التايلاندي المحلي
- Translated title (French)
- Analyses d'association hyperspectrale et génomique de l'état du phosphore foliaire dans le riz indica thaïlandais local
- Translated title (Spanish)
- Análisis de asociación hiperespectral y de todo el genoma del estado del fósforo foliar en el arroz indica tailandés local
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4224303982
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0267304
References
- https://openalex.org/W1528613034
- https://openalex.org/W1617495083
- https://openalex.org/W1790918276
- https://openalex.org/W1965979287
- https://openalex.org/W1980168725
- https://openalex.org/W1996379195
- https://openalex.org/W2013659197
- https://openalex.org/W2015593029
- https://openalex.org/W2019033896
- https://openalex.org/W2031757761
- https://openalex.org/W2049032794
- https://openalex.org/W2057499175
- https://openalex.org/W2060880061
- https://openalex.org/W2069949321
- https://openalex.org/W2073870144
- https://openalex.org/W2089755525
- https://openalex.org/W2105670480
- https://openalex.org/W2114973145
- https://openalex.org/W2118977903
- https://openalex.org/W2126098636
- https://openalex.org/W2138098955
- https://openalex.org/W2155390244
- https://openalex.org/W2771667690
- https://openalex.org/W2790181441
- https://openalex.org/W2888636932
- https://openalex.org/W2912064846
- https://openalex.org/W2915042369
- https://openalex.org/W2947772463
- https://openalex.org/W2953159153
- https://openalex.org/W2954236833
- https://openalex.org/W3011073742
- https://openalex.org/W3023567702
- https://openalex.org/W3086888323
- https://openalex.org/W3097112222
- https://openalex.org/W3110338372
- https://openalex.org/W3152375363