近日，南京農業大學作物表型組學交叉研究中心周濟教授作為第一通訊作者與英國約翰.英納斯中心（John Innes Centre）的Steven Penfield教授、先正達種業集團（Syngenta Seeds，歐洲區）的Rene Benjamins博士共同在國際植物學著名期刊《新植物學家》（New Phytologist，影響因子8.512）上發表了關于種子發芽表型自動化采集和基于機器學習分析的高通量作物種子發芽表型監測平臺——SeedGerm: a cost‐effective phenotyping platform for automated seed imaging and machine‐learning based phenotypic analysis of crop seed germination。
文中介紹了自主開發的自動化表型采集和分析平臺SeedGerm，對如何完成作物種子發芽的自動化時序拍攝、基于圖像的表型分析和基于監督式機器學習的、針對不同作物類型的高通量性狀分析進行了詳細的介紹。本研究推出的SeedGerm系統，基于經濟型的硬件和開源軟件設計涵蓋了對小麥、大麥、玉米、番茄、辣椒和油菜等不同作物類型的種子發芽試驗、發芽時序圖像，泛化圖像處理、實時訓練和基于機器學習的表型性狀分析；最終，生成可靠的發芽性狀分析數據集以供量化分析。本文還(huan)從統計上分析(xi)了幼(you)根突破種皮(pi)的(de)時(shi)間和評(ping)價標準(zhun)，通(tong)過和生(sheng)(sheng)物學(xue)家的(de)評(ping)判相關(guan)(guan)性、動(dong)態發(fa)(fa)芽曲線、多個(ge)發(fa)(fa)芽率梯度等重要(yao)發(fa)(fa)芽性狀，對88個(ge)油菜(cai)品種進行(xing)基因(yin)型(xing)-表型(xing)關(guan)(guan)聯分析(xi)，并定位到(dao)了一個(ge)關(guan)(guan)于脫落(luo)酸（abscisic acid，ABA）信號轉導(dao)的(de)相關(guan)(guan)基因(yin)。此外，本文還(huan)介紹了開源SeedGerm系(xi)統在作物發(fa)(fa)芽研(yan)究、育種和種子監測(ce)中的(de)應(ying)用，顯示了其在科(ke)學(xue)研(yan)究和生(sheng)(sheng)產實踐中廣(guang)泛的(de)應(ying)用前景。
SeedGerm的硬件設(she)備（兩種類型：有線和無線連(lian)接）
SeedGerm的(de)軟件(jian)系統
SeedGerm的核(he)心分析算法
SeedGerm用于檢測88種(zhong)具(ju)有不同發芽特性的甘藍型油(you)菜的遺傳(chuan)差(cha)異
特別是(shi)隨著基(ji)因組學和(he)(he)測序技術(shu)的(de)(de)(de)飛速發展，基(ji)因型數據(ju)(ju)(ju)海量(liang)擴(kuo)充，而高質量(liang)表(biao)(biao)(biao)型數據(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)匱(kui)乏已經逐步成(cheng)為(wei)(wei)鑒定(ding)基(ji)因-性(xing)狀關聯、解析(xi)環境對性(xing)狀的(de)(de)(de)影響，進而實現(xian)(xian)作物(wu)(wu)改(gai)良和(he)(he)加(jia)快(kuai)植物(wu)(wu)研(yan)究(jiu)(jiu)的(de)(de)(de)瓶頸(jing)。近年來，信息技術(shu)、人工(gong)智能和(he)(he)農業大(da)數據(ju)(ju)(ju)等新興(xing)研(yan)究(jiu)(jiu)領域的(de)(de)(de)不斷完(wan)善，多(duo)學科(ke)交叉為(wei)(wei)高通(tong)量(liang)、自(zi)動化(hua)作物(wu)(wu)表(biao)(biao)(biao)型組研(yan)究(jiu)(jiu)奠定(ding)了堅(jian)實的(de)(de)(de)基(ji)礎。以植物(wu)(wu)生(sheng)命史(shi)和(he)(he)田(tian)間(jian)(jian)生(sheng)產的(de)(de)(de)起點(dian)——發芽為(wei)(wei)例(li)，種(zhong)(zhong)子發芽和(he)(he)幼苗建成(cheng)不僅是(shi)自(zi)然界植物(wu)(wu)群落形成(cheng)的(de)(de)(de)主要(yao)瓶頸(jing)，也是(shi)糧(liang)食作物(wu)(wu)和(he)(he)很多(duo)園藝作物(wu)(wu)在(zai)田(tian)間(jian)(jian)快(kuai)速、整齊生(sheng)長(chang)發育的(de)(de)(de)關鍵步驟。在(zai)科(ke)學研(yan)究(jiu)(jiu)和(he)(he)農業生(sheng)產中都是(shi)考(kao)評(ping)品種(zhong)(zhong)表(biao)(biao)(biao)現(xian)(xian)、栽培管(guan)理水平的(de)(de)(de)重要(yao)依據(ju)(ju)(ju)。當(dang)前大(da)部分(fen)(fen)種(zhong)(zhong)子發芽表(biao)(biao)(biao)型的(de)(de)(de)獲取依然依靠人工(gong)識(shi)別，對經驗和(he)(he)專業知(zhi)識(shi)有較高要(yao)求，通(tong)量(liang)也收(shou)到極大(da)的(de)(de)(de)限制。此(ci)(ci)外，不同科(ke)研(yan)人員(yuan)之間(jian)(jian)在(zai)評(ping)判(pan)上會有一定(ding)的(de)(de)(de)偏(pian)差，很難實現(xian)(xian)完(wan)全客觀的(de)(de)(de)量(liang)化(hua)分(fen)(fen)析(xi)。因此(ci)(ci)可(ke)用于多(duo)物(wu)(wu)種(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)種(zhong)(zhong)子發芽表(biao)(biao)(biao)型性(xing)狀的(de)(de)(de)高通(tong)量(liang)、高精度、標(biao)準化(hua)獲取和(he)(he)分(fen)(fen)析(xi)方法的(de)(de)(de)開(kai)發尤(you)為(wei)(wei)重要(yao)和(he)(he)迫切(qie)。
南農大作(zuo)物(wu)遺傳與(yu)種質創(chuang)新(xin)國(guo)家(jia)重點實驗室、作(zuo)物(wu)表型組(zu)學交叉研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)中(zhong)心(xin)(xin)和(he)江(jiang)蘇省現代作(zuo)物(wu)生產協(xie)同創(chuang)新(xin)中(zhong)心(xin)(xin)為第(di)一通(tong)訊單位(wei)。此外，上海農科院農業生物(wu)基因中(zhong)心(xin)(xin)和(he)南農大工(gong)學院盧(lu)偉(wei)副教授也參與(yu)了本項目(mu)。英(ying)國(guo)國(guo)立農業植(zhi)物(wu)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)所（National Institute of Agricultural Botany, NIAB）下屬的劍橋作(zuo)物(wu)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)中(zhong)心(xin)(xin)（Cambridge Crop Research Centre）也共同參與(yu)了本項目(mu)的研(yan)(yan)(yan)發、分析和(he)測試。
周濟，中國國籍，英國皇家生物學會會士 (The Fellow of the Royal Society of Biology，FRSB)；南京農業大學作物表型組學交叉研究中心特聘教授，周濟實驗室主任，博導；英國國立農業植物研究所、劍橋作物研究中心數字科學研發部門主管（Head of Data Sciences）、創新實驗室主任，博導。在(zai)傳統表(biao)型采集和(he)分析(xi)(xi)算(suan)法基(ji)礎上，依托南農(nong)大、劍橋大學(xue)(xue)植物科學(xue)(xue)系(xi)和(he)超(chao)算(suan)中(zhong)心，專(zhuan)注于高通(tong)(tong)量植物表(biao)型分析(xi)(xi)算(suan)法、計算(suan)機視(shi)覺和(he)人工智能算(suan)法在(zai)表(biao)型分析(xi)(xi)中(zhong)的(de)開(kai)發(fa)和(he)應(ying)用。2011年博士(shi)畢(bi)業至(zhi)今，以(yi)生物信息學(xue)(xue)專(zhuan)家的(de)身份參與完(wan)成(cheng)多(duo)項(xiang)交叉(cha)基(ji)礎、應(ying)用研究項(xiang)目(mu)。做為主要完(wan)成(cheng)者在(zai)Nature，Nature Plants，Plant Cell，New Phytologist, GigaScience和(he)Horticulture Research等國(guo)際(ji)頂(ding)級期(qi)刊撰寫(xie)發(fa)表(biao)學(xue)(xue)術(shu)論(lun)文25篇，總(zong)影響因子超(chao)過(guo)180，自2015年起被引證超(chao)過(guo)1000次(ci)，其中(zhong)以(yi)第一、通(tong)(tong)訊、共(gong)同通(tong)(tong)訊作者發(fa)表(biao)論(lun)文18篇。定期(qi)為多(duo)家國(guo)際(ji)頂(ding)級學(xue)(xue)期(qi)刊審稿(gao)。獲得國(guo)際(ji)發(fa)明(ming)專(zhuan)利(li)1項(xiang)，英國(guo)發(fa)明(ming)專(zhuan)利(li)1項(xiang)。研究成(cheng)果(guo)多(duo)家歐洲媒體(ti)報道(dao)或專(zhuan)訪，包括英國(guo)國(guo)家媒體(ti)如ITV，BBC，Guardian，Cambridge Network等。
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Colmer, J., O'Neill, C.M., Wells, R., Bostrom, A., Reynolds, D., Websdale, D., Shiralagi, G., Lu, W., Lou, Q., Le Cornu, T., Ball, J., Renema, J., Flores Andaluz, G., Benjamins, R., Penfield, S. and Zhou, J. (2020), . New Phytol. doi:10.1111/nph.16736.