Species Discrimination and Monitoring of Abiotic Stress Tolerance by Chlorophyll Fluorescence Transients

Abstract

Zobrazování kinetiky fluorescence chlorofylu se stalo univerzálním nástrojem v základním i aplikovaném výzkumu rostlin. Tato metoda zachycuje casovou radu dvourozmerných obrazu distribuce fluorescence chlorofylu v ploše listu nebo celých rostlin v ruzné ozárenosti; typickým protokolem je kombinace aktinického svetla a saturacních pulzu. V minulosti bylo identifikováno nekolik parametru fluorescence chlorofylu, které mají fyziologickou interpretaci a jsou duležité napr. pro hodnocení zdravotního stavu rostlin a pro vcasnou detekci biotického i abiotického stresu rostlin. Zobrazování urcitých fyziologicky relevantních parametru fluorescence chlorofylu nám umožnilo zkoumat fotosyntetickou úcinnost rostlin, jejich fyziologickou odpoved v ruzných cástech listu i celých rostlin. Standardní fluorescencní indexy používají bud jeden základní fluorescencní parametr (F0, Fp, Fm, Fs), nebo aritmetickou kombinaci základních parametru (Fv/Fm, PSII, NPQ, qP). Ackoliv tyto standardní fluorescencní parametry mají fyziologickou interpretaci, jejich distribuce v ploše listu/rostiny nekdy nemusí poskytovat informaci o casné fázi stresu rostlin. Proto je nekdy duležité najít nejvíce kontrastní obrázky jiných fluorescencních parametru tak, aby kvantifikovaly stresovou reakci rostliny v její rané fázi. Pro výber vysoce kontrastních obrazu fluorescence chlorofylu ze stovek porízených snímku behem casové rady byly vyvinuty pokrocilé statistické techniky založené na klasifikátorech a feature selection metodách. Metoda combinatorial imaging vyvinutá v naší laboratori využívá kombinaci nekolika obrázku fluorescencních parametru, nezávisle na jejich fyziologické interpretaci, k vytvorení co nejkontrastnejšího obrázku pro potreby zobrazení napr. vcasné fáze stresu, rozlišení príbuzných druhu rostlin v porostu apod. Proto aplikace pokrocilých statistických metod na fluorescencní data umožnuje uspet v úkolech, kde konvencní prístupy nefungují. Tato práce se snaží poskytnout srovnání možností využití standardních fluorescencních parametru a pokrocilých statistických metod (použití ruzných klasifikátoru a feature selection metod) aplikovaných na fluorescencní data pro high-throuhput screening. Demonstrujeme použitelnost techto prístupu pro rozlišení ze trí druhu stejného rodu Lamiaceae ve velmi rané fázi rustu. Dále ukazujeme, že zobrazování fluorescence chlorofylu lze použít pri merení tolerance rostlin na chlad a sucho u husenícku (Arabidopsis thaliana) a rajcat, a to v simulovaných high-throuhput screening pokusech.