Mikrophänomik

Mikrophänomik am IPK

Die moderne Phänotypisierung bietet präzise und objektive computergestützte und molekulare Werkzeuge für die Verbesserung von Nutzpflanzen. Die Visualisierung von bisher unsichtbaren Merkmalen ermöglicht die nächste Stufe im Verständnis der Beziehung zwischen Genom, Umwelt und Pflanzeneigenschaften. Die mikroskopische Phänotypisierung macht Details von Pflanze-Pathogen-Interaktionen sichtbar und hilft bei der Entdeckung neuer Krankheitsresistenzgene und -mechanismen.

Das Verfahren ist aber sehr aufwändig und für große Phänotypisierungsscreens kaum anwendbar. Mikrophänomik eröffnet aber völlig neue Möglichkeiten. Das Verfahren kombiniert automatisierte Hochdurchsatz-Mikro- und Makroskopie mit Deep-Learning-Bildanalysetools, um den sehr hohen Durchsatz und die Genauigkeit zu erreichen, die für moderne Phänomics-Anwendungen erforderlich sind.

BluVision-Plattform

BluVision ist die am IPK Leibniz-Institut entwickelte Mikrophänomik-Plattform für die Hochdurchsatz- und Präzisionsphänotypisierung von mikro- und makroskopischen Erscheinungsbildern. Das System, das Hardware-, Software- und Datenmanagement-Komponenten kombiniert, ist in erster Linie für die Phänotypisierung der Mehltaukrankheit bei Gerste und Weizen gedacht. Die von der BluVision-Plattform gelieferten Phänotypen ermöglichen in Kombination mit Genomikdaten die Entdeckung neuer krankheitsresistenter Gene, die für Pflanzenpathologen und Züchter von großem Interesse sind.

Der hohe Automatisierungsgrad und Durchsatz des Systems ermöglicht die Phänotypisierung großer Sammlungen von Genotypen für Genetik- und Genomikstudien. Darüber hinaus ermöglicht das System Phänotypen, die mit manuellen Methoden kaum zugänglich sind, wie z.B. die präzise Quantifizierung der Pilzhyphenfläche und das Auffinden seltener Infektionsereignisse.

Die Daten werden nach den FAIR-Prinzipien aufbereitet und analysiert. Die Plattform ermöglicht Verfahren für komplexe Datenanalysen wie z.B. die Erstellung von statistischen Modellen und genomweiten Assoziationsstudien (GWAS), sowie genomische Vorhersagen. Die Ergebnisse werden fortlaufend in die de.NBI-Dienste integriert.

BluVision Micro-Modul

BluVision Micro ist ein automatisiertes Hochdurchsatz-Mikroskopiesystem für die Phänotypisierung auf zellulärer und subzellulärer Ebene. Es basiert auf dem Slidescanner Zeiss Axio Scan.Z1, der für die hochwertige Digitalisierung von Mikroskopieproben in mehreren Z-Ebenen in Hellfeld und Mehrkanal-Fluoreszenz entwickelt wurde. Die mehrdimensionalen Bilder werden von einer automatisierten, auf künstlicher Intelligenz basierenden Verfahren zur Extraktion der relevanten Phänotypen analysiert. Derzeit ist das System am besten für die Phänotypisierung der Interaktion des Echten Mehltaus mit Weizen und Gerste geeignet. Allerdings sind auch andere mikroskopische Phänotypen in der Entwicklung oder auf Anfrage möglich.

BluVision Makro-Modul

In diesem Modul wird das Macrobot genutzt, ein vom IPK Leibniz-Institut und dem IFF Fraunhofer-Institut entwickeltes Gerät zur automatischen Bilderfassung von Proben, z.B. bei infizierten Blättern. Das Verfahren erfasst und analysiert die sichtbaren Krankheitssymptome. Das System kann den Anteil der befallenen Blattfläche mit einem Durchsatz des Bildaufnahmemoduls von bis zu 10 000 Einzelproben pro Tag präzise und reproduzierbar quantifizieren und ist damit für die Phänotypisierung großer Keimplasmasammlungen und Kreuzungspopulationen geeignet.

 

Kontakt:
Dr. Dimitar Kostadinov Douchkov
Tel.: 039482/ 5285
Mail: dushkov(at)ipk-gatersleben.de