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DynaPiant Seedlings植物幼苗高通量动态表型组学分析系统
在传统的植物学研究中，受实验手段所限只能研究植物表型在某一个时间截面时的静止状态，反映的是该时间点以前全部生物学动态过程的累积效应。然而植物的生长发育是一系列时间－空间特异过程的组合，只有观察动态变化过程才能更加全面地认识植物生长发育调控的时空特异性。
DynaPlantSeedlings是对植物幼苗进行动态成像分析的商业化仪器平台，能够对植物幼苗进行分钟尺度的动力学分析。如此精度得益于独有的图像识别与分析算法、微米级定位精度的长距离三维移动平台和硬件配套的拍摄控制程序。高拍摄通量使得该系统可适用于突变体库、生态型库的大规模筛选及表型组的建立；多种实验条件的自动控制使得该系统真正适合于基础科研，能够对分子机制加以深入研究。
产品特点
》高通量高精度成像
在一次实验中最多可对数百株幼苗进行表型检测，实现高通量分析；结合高分辨率相机、微距镜头、高精度三维台，可实现样品的高空间分辨率检测；系统还可以进行分钟尺度的连续检测，可实现样品的高时间分辨率检测。
》多模态成像技术
红外形态学表型检测，成像不受培养光变化影响，并可进行黑暗中检测；同时还具备发光和荧光成像模式。
》环境控制与瞬时处理
多种环境条件控制功能，并可根据设置进行快速改变，可进行复杂处理处理条件下的表型检测。
》自动化与批量分析
设置任务程序，仪器可进行进行无人值守的全自动拍摄任务；软件批量自动化分析功能，可对实验获取的海量图片进行自动分析，并直接输出统计曲线。
高通量检测
DynaPlant?Seedlings通过不同放大倍率的成像模块实现不同尺寸的多物种幼苗适配。系统采用OctAdapter?八向旋转样品支架系统，通过标准接口更换不同功能的培养模块，适用于各种幼苗的培养生长，并提高同时拍摄的样品检测通量。
高精度检测
高空间分辨率：测量生长参数的精细变化时，通过定制的6500万像素相机和高数值孔径远心微距镜头，DynaPlantSeedlings同时实现了 1.07 \upmum/ 像素的高分辨率（接近于显微镜10倍镜的典型分辨率）和 10x7.5\:mm 的宽视场（显微镜10倍镜典型视场面积的100倍），并依靠优秀的镜头畸变保证了测量精度。
高时间分辨率：通过承载成像模块的高速、高精度三维直驱位移系统，DynaPlant?Seedlings可以在高通量样品检测时，同时保证高空间分辨率和高时间分辨率，以极低的误差精确测量植物幼苗在分钟尺度的生长速率快速变化。与文献报道的国际现有技术相比，DynaPlantSeedlings 提供了更高精度的结果。
红外成像
使用传统方法进行表型检测时，使用的可见光照明光源会改变样品的生长条件，因此无法拍摄必须处于黑暗中的样品，例如拟南芥黄化苗。此外，光周期导致的光照条件变化，会导致图像形态差异巨大，无法统一进行批量分析处理。
为解决上述问题，DynaPlantSeedlings使用了 940\;\mathsf{n m} 红外照明光源和红外检测相机。植物对 940\;\mathsf{n m} 红外光不敏感，因此可用于观察植物的暗中生长。红外检测相机对可见光不敏感，培养光源的明暗周期变化不会影响成像。
普通RGB成像
DynaPlant红外成像
白光照明 ^+ 普通相机
红外照明 ^+ 红外相机
照明光源干扰生长 \rightarrow 无法拍摄黑暗环境培养光源干扰成像 \rightarrow 开/关时成像效果不同
植物不敏感 \rightarrow 可以观察黑暗中生长培养光源不干扰 \rightarrow 明/暗周期可连续观察
发光成像
DynaPlant?Seedlings除了可以分析植物的形态学表型，还可以对Luciferase等化学发光进行连续实时定量检测。化学发光成像组件配备了高灵敏度的制冷CCD相机和 \mathsf{F}/0.8 大光圈镜头，可以检测到微弱的信号，并绘制发光强度变化曲线，适用于基因表达调控的动力学、生物周期节律等方向的研究。
在实验过程中，DynaPlant?Seedlings可以通过程序设定，实现以下一种或多种实验条件的自动改变与自由组合。
光照
DynaPlant?Seedlings为每个培养血配备了独立的光源模块，以保证光照条件的一致性。标配的光源为四合一条形光源，用户也可根据实验需要定制其它波长的光源模块。光源中每个光通道可独立控制开闭或调整光强，以获得需要的单色光或混合光。光周期也可根据实验需要任意调整。
应用案例：拟南芥绿苗下胚轴的避荫反应（ShadeAvoidance)
通过定量改变光照中红光与远红光的比例，可以使拟南芥产生避荫反应，下胚轴生长速率发生变化。与传统文献报道的动力学研究方法相比(Coleet al.,Plant Journal,2011)，DynaPlantSeedlings不仅可以获取累计生长量曲线，还可以精确测量低至 0.1 \upmu\mathsf{m}/\mathsf{m i n} 的生长速率变化，可以清晰地区分避荫反应的快速和长期两个不同响应阶段。
三应用案例：拟南芥黄化苗出土时的光形态建成
双子叶植物幼苗在黑暗的土壤中萌发时会形成顶端弯钩结构来保护脆弱的子叶及顶端分生组织。目前的研究发现多种因素介导顶端弯钩的发育过程，包括植物激素和光照等。光诱导顶端弯钩打开是一个非常快速的过程，需要快速并且仔细地追踪。DynaPlant?Seedlings通过高频率动态记录光诱导顶端弯钩打开过程中弯钩角度的变化率，帮助研究者揭示乙烯信号与光信号在顶端弯钩发育调控中的协同作用。
温湿度
温湿度直接影响着植物的光合作用、呼吸作用、蒸腾作用等生理作用，从而影响到植物的生长和发育。因此控制植物的生长环境温湿度，对植物研究具有重要意义。DynaPlant?Seedlings 提供温湿度控制系统，可以控制整个箱体内的温湿度，在长时间连续检测时提供合适的生长环境，并可根据程序定时改变设置。
三应用案例：拟南芥幼苗对高温的快速响应
文献报道高温（ 28°C) 使拟南芥绿苗下胚轴生长速度变快，而低温（ \operatorname{\downarrow6°C}) 可使下胚轴生长变慢。DynaPlant?Seedlings可在快速改变培养环境温度的同时精确测量下胚轴生长速率，分辨出幼苗对温度变化的快速响应过程。
气体
DynaPlant?Seedlings具有气体浓度控制组件，通过实时测量氧气、二氧化碳、乙烯的浓度和外接相应气体，采用气体流量控制器控制气体通断，实现缺氧环境及二氧化碳、乙烯的快速处理与清除。也可根据用户实验需求，定制其它气体成分的检测与浓度控制。
| O2 氧气 | 3~21 % 浓度范围 | 0.1 % 检测分辨率 | ±5 %目标浓度 控制精度 |
| CO2 二氧化碳 | 400~5000 ppm 浓度范围 | 1 ppm 检测分辨率 | ±5 %目标浓度 控制精度 |
| C2H4 | 0~20 ppm | 0.1 ppm | ±5 %目标浓度 |
| 乙烯 | 浓度范围 | 检测分辨率 | 控制精度 |
应用案例：水稻胚芽鞘的生长速率对乙烯浓度的快速响应
乙烯可促进水稻胚芽鞘的生长。通过施加乙烯处理和去除乙烯处理，系统可精确测量水稻胚芽鞘的生长速率对乙烯浓度的快速响应。
三应用案例：乙烯对拟南芥主根的生长抑制与微管重排的相关性
Wang等人报道了乙烯诱导的微管重新排布对于其快速抑制拟南芥根系伸长的充要性。传统的研究方法只能拍摄长期乙烯处理后的根系表型，反映的是整个处理期间的累积效应。为了检测乙烯处理后的快速根系反应，作者利用DynaPlant?Seedlings分析平台对乙烯处理后的根系伸长动力学进行了测定。该系统测得的根系生长速率低至 0.1 \upmu\mathsf{m}/\mathsf{m i n} ，因此可以区分不同基因型或处理间乙烯敏感性的轻微变化。
重力
DynaPlant?Seedlings还配备旋转控制组件，可以固定或持续改变样品在垂直方向的角度，进行重力相关实验。
定向旋转模式：按照程序设定将培养血旋转固定角度，进行向重/背重性研究，角度控制精度优于 0.1° O重力扰乱模式：持续低速旋转扰乱重力方向，模拟失重条件。
三应用案例：测量拟南芥根尖生长朝向的动态变化
植物感知重力信号并产生向性生长，以实现对光照和土壤水分、养分的最大利用。通过控制DynaPlantSeedlings重力模块来定时定量改变植物幼苗朝向，可以研究植物向重性反应的动力学过程，揭示快速变化的细节。
应用案例：拟南芥胚根向重性弯曲与顶端弯钩形成的关系
Peng等人的研究提出了一个顶端弯钩早期起始阶段的新模型：种子萌发后下胚轴伸长过程中会随机出现一个微弱的但是可以被显著分辨的生长不对称，随后才建立生长素的不对称响应，进而放大最初的生长不对称形成顶端弯钩结构。作者利用DynaPlantSeedlings分析平台对拟南芥幼苗顶端弯钩的起始及形成阶段进行了详细的追踪观察与分析，并用重力模块施加重力扰乱处理，验证了胚根向重性弯曲能够促进但并不是顶端弯钩形成必需的。
通过组合DynaPlant?Seedlings提供的多种成像方式和多种处理条件，用户可根据自己的研究方向设计全新实验，进行非生物胁迫(抗高温、抗低温、抗盐、抗缺氧等)、植物发育生物学、化学发光标记检测等多种研究。
拟南芥主根对高浓度NaCI胁迫的响应与恢复过程
高盐胁迫会严重抑制植物幼苗根的生长，产生膨大节并影响根毛的发育。DynaPlant?Seedlings通过精确测量根尖生长速率，可以清晰展示高浓度NaCI处理时根尖生长的抑制与适应性回复的动态过程，可为盐胁迫信号转导分子机制的研究提供全新方法。 扫一扫查看视频
DynaPlantSeedlings可自动分析种子形态，在连续成像中判断种子的萌发时刻，绘制累积萌发率曲线或某一时刻显巍的萌发率柱状图。
种子萌发率
白菜的品种间差异
通过动态检测不同品种白菜主根与侧根的生长发育情况，可以分析白菜品种间的差异。
斑马鱼胚胎发育研究
DynaPlant?Seedlings依靠高自由度、高模块化的强大成像功能，还可以灵活扩展应用到其他领域，例如斑马鱼胚胎发育研究。Xu等人利用斑马鱼在高通量成像和行为测试中的优势，从神经行
为和神经成像的角度探索了镉在环境相关水平上的潜在发育神经毒性。作者利用DynaPlant?Seedlings成像平台研究了环境中的镉对斑马鱼早期发育的损伤情况。
专业友好的软件系统
DynaPlant?Seedlings系统配套图形化拍摄控制台软件，调节所有的设置参数。在拍摄前通过计算机快速设定实验步骤，可以实现拍摄中实时自动对焦、跟踪植物的生长及时调整相机视野等功能，保证了在高分辨率下长时间拍摄时的精度。
DynaPlantSeedlings分析软件可以查看实验设置与运行日志，可以对采集的图像进行处理，可以对批量图像进行自动化批量分析，并生成计算结果和图表。
软件控制功能
全图形化操作界面;
支持自动对焦；
支持幼苗生长自动跟踪；
软件中可以控制每个光源通道的通断和亮度；
软件中可以控制每个气体通道的浓度；
软件中可以控制培养环境的温湿度；
可以在拍摄前设定全部实验处理条件和处理时间，进行无人值守的全自动拍摄任务；
多级日志记录和异常处理机制，可记录拍摄时全部环境变量参数；
可以从远程电脑及手机端查看并控制拍摄运行状态；
提供后台模式，可调整后台全部参数。
化学发光成像分析功能
定量检测Luciferase化学发光强度；
分析报告基因表达的动态变化;
可测量长度、面积、剖面亮度曲线，具有ROI与遮罩功能，可生成伪彩图。根的生长速率;
根的弯曲角度变化率；
根毛的位置分布；
根毛的长度变化率;
种子萌发率；
幼苗下胚轴的生长速率；
幼苗子叶的角度变化率。
其他分析功能
批量自动分析；
多线程任务；
提供可视化图形界面，显示图像分析结果和统计曲线；
可以将原始数据和计算结果导出成EXCEL表格文件；
可以将统计图表导出成JPG图像文件。
DynaPlant?Seedlings应用文献（部分）
Zhang X, Ji Y, Xue C, et al. Integrated regulation of apical hook development by transcriptional coupling of EIN3/EIL1 and PIFs in Arabidopsis. Plant Cell, 2018, 30(9): 1971-1988.
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Jiang Y,Yang C, Huang S,et al. The ELF3-PIF7 interaction mediates the circadian gating ofthe shade response in Arabidopsis. iScience, 2019, 22: 288-298.
Zhao N, Zhao M, Tian Y, et al. Interaction between BZR1 and EIN3 mediates signalling crosstalk between brassinosteroids and ethylene.New Phytol, 2021, 232(6): 2308-2323.
Xu Y, Zhao H, Wang Z, et al. Developmental exposure to environmental levels of cadmium induces neurotoxicity and activates microglia inzebrafishlarvae:From the perspectives of neurobehavior and neuroimaging.Chemosphere, 2021, 291:132802.
Huang S, Yang C, Li L. Unraveling the dynamic integration of auxin, brassinosteroid and gibberellin in early shade-induced hypocotyl elongation. Phenomics, 2022, 2(2):119-129.
Peng Y, Zhang D, Qiu Y, et al. Growth asymmetry precedes differential auxin response during apical hook initiation in Arabidopsis.J IntegrPlant Biol, 2022,64:5-22.
Aizezi Y, Shu H, Zhang L, et al. Cytokinin regulates apical hook development via the coordinated actions of EIN3/EIL1 and PIF transcription factors in Arabidopsis. J Exp Bot, 2022, 73(1): 213-227.
Yang C, Zhu T, Zhou N, et al. PIF-mediated epigenetic reprogramming promotesthe transcriptional response to shade in Arabidopsis. EMB0 J, 2023, 42(8): e111472.
Shi L, Lin K, Su T, Shi F.Abscisic acid inhibits cortical microtubules reorganization and enhances ultraviolet-B tolerance in Arabidopsis thaliana. Genes, 2023, 14(4):892.
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