the hidden half 30 March 2015 Tobias Wojciechowski, PhD Mitglied - - PowerPoint PPT Presentation

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Root phenotyping: uncovering the hidden half 30 March 2015 Tobias Wojciechowski, PhD Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Soil conditions Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Soil conditions What below-ground root architecture targets

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Root phenotyping: uncovering the ‘hidden half’

30 March 2015 Tobias Wojciechowski, PhD

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Soil conditions

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Soil conditions

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

What below-ground root architecture targets for breeding?

Nutrient foraging Effective uptake of nutrients Metabolic efficiency

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Root angle – steep vs shallow

Barley root system Rooting depth is correlated with root angle: shallow angles – shallow root system Maize root system

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Soil constrains in top- and subsoils

Water N C° Al salinity Mn compaction P Ca K O2 C°

Plant roots encounter more constrains

with depth and unequal distribution of nutrients

Development of ideotypes e.g. shallow

roots for P-acquisition in top soil

Zea mays

Hordeum vulgare

Steep angle = deeper roots Shallow angles = shallower roots

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Postma, Schurr, Fiorani (2013)

Root architecture in 2- and 3-D

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

3-D imaging of roots

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Root carousel (IBG-2)

Nagel et al. (2009) Functional Plant Biology, 36: 947-959

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

GROWSCREEN-RHIZO: a new automated system for 2D imaging of roots and shoots

Nagel et al. 2012

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Visible root length correlates with global root parameters

Nagel et al. 2012

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Dynamic modeling of root architecture and N dynamics

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Integrates with technology at IBG-2
Allows the screening of big plant

numbers or populations (e.g. a barley diversity panel)

Field phenotyping of roots

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

‘Shovelomics’ is a ‘low-tech’ high-throughput method, which allows to phenotype root crowns of single plants in great plant population of tropical and temperate grasses, legumes, and fobs

Field Phenotyping of roots

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Manual Measurements

Visual scoring:

Root classes (seminal and nodal roots)
Root numbers
Branching density
Root angles

nodal root Seminal root

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Score board

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Manual Measurements

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Measurement

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Complex root system

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Data evaluation using DIRT software

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Variation of anatomical root traits

Nodal roots of barley plants from a barley diversity panel

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Laser ablation technology by PSU

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Shoot traits Root traits

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Field proximal and remote sensing methods at IBG2

(presentation Francisco Pinto)

Field-Bee Field-Mobile Field-Lift Field-Ship HyPlant

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Gene / loci discovery

Highly Expressed in Root Tissue

research of Hannah Schneider (FZJ / PSU)

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Soil constrains in deeper soils

Water N C° Al salinity Mn compaction P Ca K O2 C°

Plant roots encounter more constrains with depth and unequal distribution of nutrients

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Pre-breeding example (root traits)

1987- 20 years (with several seasons/year) of screening elite lines for P efficiency failed to beat Carioca

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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft