自动化助力农业发展

下一代测序(NGS)的哪些进展支持植物分析，以深入了解衰老以及对生物和非生物影响的反应等方面？

数量性状位点（QTL）定位和全基因组相关联研究（GWAS）是用于研究和了解作物和种子不同性状的两种方法。QTL定位允许将基因组原件与表型性状联系起来，GWAS可以帮助识别与这些性状相关的变异。利用NGS化学的全基因组测序方法的进步有助于全基因组研究和单核苷酸多态性（SNP）鉴定。

此外，外显子组测序可以帮助识别显示靶性状的植物的转录组学谱。例如，使用甲基化测序技术进行进一步分析，也可以生成用于目标作物表观基因组分析的数据。这种NGS分析产生的大量数据用于统计蛋白质组学和代谢组学信息，以了解环境因素如何影响不同作物和作物变体的生长、存活和适应性。

研究人员正在使用哪些方法来改进作物遗传学和动物育种科学，使农业产出更能抵御害虫和气候变化的影响？

GWAS研究在将作物遗传学和动物育种与气候变化的影响联系起来发挥着不可或缺的作用。例如，GWAS研究已经确定了玉米的多种性状，这些性状使植物能够在炎热和寒冷的气候胁迫下调节产量。GWAS研究已经确定了高粱和水稻中与抗旱性和耐受性有关的SNP。研究人员使用CRISPR和TALEN的基因编辑技术来赋予小麦抗霉菌性并放置西红柿中的真菌感染。

调查可赋予目标作物特定遗传性状的突变事件的研究也有助于提高对害虫的抗逆力。例如，基因组中靶向诱导的局部病变（TILLING）研究用于在目标种子和作物中以高通量形式诱导和表征诱变。最后，还开发了基于微阵列的研究，以靶向转录组学编辑并开发所需的变异。

NGS如何通过技术进步来支持在一项研究中对数百万个细胞进行分析？

有许多技术使NGS在支持单细胞测序方面取得了进步。在尝试获取单细胞特异性数据时，继续使用传统的流式细胞术技术。最近，微流控和微滴支持技术帮助塑造了单细胞测序领域。使用微流控和基于微珠的标记，可以对细胞进行唯一的条形码编码，以获得单细胞特异性的基因组和转录组学数据。将这种方法与组织横截面和成像分析相结合，可以更深入地了解某些遗传原件如何在特定细胞类型和区域中被激活。最近的进展着眼于专门开发乳化标记的单细胞，而无需微流体仪器。

另一种技术使使用组合索引。在这里，细胞甚至亚细胞成分（如细胞核）通过条形码孔池，这些孔可以独特地标记细胞及其化合物。组合标签确保每个单元格都具有唯一的条形码，无需分区。

最后，目前单细胞NGS领域探索基于带电纳米液滴的技术。在这种技术中，纳米滴中的单个细胞在2个电极之间引导，然后使用电势允许对靶细胞进行基因编辑修饰。改技术允许反应以减少5至10倍的体积发生，从而降低试剂使用和成本，并允许在很短的时间内筛选大量阵列靶标。

细胞测序自动化在提高农业产量和解决全球粮食生成方面发挥了什么作用？

通过NGS和其他基于组学的应用产生的大量数据，通过基因编辑研究多个性状的需求，以及验证所需的表型分析，都增加了农业领域对高通量自动化的需求。此外，还面临着提高提高农业产量、尽量减少环境和气候变化影响、保护动植物免受疾病侵害以及延长农产品新鲜时间的压力。

由于分析技术的这些要求和进步，越来越多的研究人员和公司正在使用自动化来加快获得结果的时间。由于农业对成本高敏感度，因此非常需要减少文库制备量。试剂供应商和自动化供应商正在越来越关注NGS文库制备的小型化，从而增加采样和数据生成。

自动化还可以提高吞吐量并减少研究人员的手动测试时间。数据生成可以每天24小时持续进行，无需干预。此外，可以使用单个输入设备和分析多个组学特异性样品。这些发展继续给数据存储和数据分析所需的工具带来压力。

使用这些技术在作物和动物科学领域取得了哪些成功？

Tomelo是一种基因缺失的番茄，能够使其抵抗真菌病原体，这使得Tomelo可以保鲜几天。这些非转基因种子已经在使用了。在动物中，这些技术使用的较少。但是，GWAS研究数据被用于减少牛的近亲繁殖。通过这种方式，种群中的遗传多样性得以维持。这也导致了近交牛种群的疾病减少。

技术的整体进步和推动科学发现的流程自动化使农业研究人员能够确定如何优化作物和动物育种以支持粮食生成。

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