Unbiased Complete Estimation of Chloroplast Number in Plant Cells Using Deep Learning Methods
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Chloroplasts are essential organelles in plants that are involved in plant development and photosynthesis. Accurate quantification of chloroplast numbers is important for understanding the status and type of plant cells, as well as assessing photosynthetic potential and efficiency. Traditional methods of counting chloroplasts using microscopy are time-consuming and face challenges such as the possibility of missing out-of-focus samples or double counting when adjusting the focal position. Here, we developed an innovative approach called Detecting- and-Counting-chloroplasts (D&Cchl) for automated detection and counting of chloroplasts. This approach utilizes a deep-learning-based object detection algorithm called You-Only-Look-Once (YOLO), along with the Intersection Over Union (IOU) strategy. The application of D&Cchl has shown excellent performance in accurately identifying and quantifying chloroplasts. This holds true when applied to both a single image and a three-dimensional (3D) structure composed of a series of images. Furthermore, by integrating Cellpose, a cell-segmentation tool, we were able to successfully perform single-cell 3D chloroplast counting. Compared to manual counting methods, this approach improved the accuracy of detection and counting to over 95%. Together, our work not only provides an efficient and reliable tool for accurately analyzing the status of chloroplasts, enhancing our understanding of plant photosynthetic cells and growth characteristics, but also makes a significant contribution to the convergence of botany and deep learning. One-sentence summary This deep learning-based approach enables the accurate complete detection and counting of chloroplasts in 3D single cells using microscopic image stacks, and showcases a successful example of utilizing deep learning methods to analyze subcellular spatial information in plant cells. The authors responsible for distribution of materials integral to the findings presented in this article in accordance with the policy described in the Instructions for Authors ( https://academic.oup.com/plcell/ ) is: Zhao Dong ( dongzhao@hebeu.edu.cn ), Shaokai Yang, ( shaokai1@ualberta.ca ), Ningjing Liu ( liuningjing1@yeah.net ), and Qiong Zhao ( qzhao@bio.ecnu.edu.cn ).
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».