Nova abordagem para a fenotipagem de plantas: conceitos, ferramentas e perspectivas (New approach for plant phenotyping: concepts, current tools and perspectives)

Resumo

As técnicas tradicionais de fenotipagem de plantas usam características facilmente mensuráveis, com base em medidas relacionadas, por exemplo, ao peso e ao tamanho das plantas. Tais medidas podem ser realizadas em qualquer horário, sem protocolo, preparação prévia da amostra ou conhecimentos profundos para a obtenção e interpretação dos dados. Por isso, são as mais usadas na experimentação a campo, embora envolvam métodos destrutivos e sejam altamente demandadoras de tempo, recursos financeiros e mão-de-obra. Em razão dos desafios atuais relacionados à competitividade do mercado de cultivares, à sustentabilidade do agronegócio e às mudanças climáticas globais, os cientistas de plantas têm buscado agregar modernas técnicas de fenotipagem ao processo de desenvolvimento de novas cultivares. Tais técnicas devem permitir uma análise ampla, detalhada e precisa da manifestação das informações genéticas do indivíduo e sua interação com o meio ambiente, aumentando assim a eficiência e eficácia do processo de seleção. Consequentemente, as novas técnicas de fenotipagem têm avançado em escala, precisão, reprodutibilidade e complexidade em relação às técnicas tradicionais, principalmente pelo uso de imagens geradas em plataformas automatizadas. Tais plataformas são constituídas de estações para a geração de imagens que utilizam diferentes técnicas espectroscópicas, para cobrir diferentes regiões do espectro eletromagnético. As estações mais comuns capturam imagens digitais RGB, de fluorescência da clorofila, UV/VIS, termográficas e na região do NIR, as quais possibilitam a avaliação do crescimento das plantas, do aparato fotoquímico, dos teores de pigmentos, da temperatura da copa e de diferentes metabólitos encontrado nas plantas. Traditional techniques of plant phenotyping use easily measurable traits, based on measures related for instance to plant weight and size. Such measurements can be made at any time, without protocol, prior sample preparation or deep knowledge for obtaining and interpreting the data. However, they require field experimentation, financial resources and manpower, use destructive methods and are time-consuming. Due to the current challenges related to the competitiveness of the cultivars market, the sustainability of agribusiness and global climate change, plant scientists have sought more specific and dynamics features, which are used to assist in explaining the responses of plants to the environment. To evaluate these characteristics, plant phenotyping has advanced in scale, precision, reproducibility and complexity compared to traditional techniques, especially by using automated platforms images. Such platforms consist of automated imaging stations that use different techniques to cover different regions of the electromagnetic spectrum. The most common imaging stations capture digital RGB, chlorophyll fluorescence, UV/VIS, thermographic and NIR images, which enable the evaluation of plant growth, photochemical apparatus, pigments content, canopy temperature and several metabolites found in plants. Keywords: plant evaluation, spectroscopy, phenotyping platforms, sensors