我國科學(xué)家領(lǐng)銜提出基因組-環(huán)境組集成預(yù)測的智能育種新策略

近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物分子育種技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新團隊聯(lián)合多家單位，提出了大數(shù)據(jù)和人工智能驅(qū)動下的智能育種新策略——基因組-環(huán)境組集成預(yù)測。這一新策略的提出，將改變過去主要利用基因型和表型進行選擇的育種模式，使未來育種能夠在基因型-表型-環(huán)境型全方位信息支撐下，準(zhǔn)確預(yù)測特定基因型在特定環(huán)境下的表現(xiàn)，實現(xiàn)真正意義上的適應(yīng)氣候變化、適應(yīng)特定環(huán)境的定向育種。相關(guān)研究成果發(fā)表在《分子植物（Molecular Plant）》。

植物表型是其基因型與環(huán)境共同作用的結(jié)果。目前育種中所采用的基因組選擇技術(shù)大多是根據(jù)個體的基因型來預(yù)測表型，很少考慮個體所處環(huán)境對表型預(yù)測的影響。把一個基因型完全了解的個體置于環(huán)境因素已知的條件下，理論上就可以對其表型進行精準(zhǔn)預(yù)測。

該研究全面介紹了引入不同時空的環(huán)境型變異及其與基因型和表型的數(shù)據(jù)集成所產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)對人工智能的挑戰(zhàn)，討論了基因組-環(huán)境組集成預(yù)測有關(guān)的概念及其模型的構(gòu)建、優(yōu)化與實施。有關(guān)基因、代謝途徑和網(wǎng)絡(luò)的信息可以轉(zhuǎn)化成為新一維的基因型數(shù)據(jù)，并集成到預(yù)測模型之中。基于預(yù)測的作物重新設(shè)計可以在微觀水平上針對基因、代謝和網(wǎng)絡(luò)，在宏觀水平上針對個體、群體和物種。該研究展望了如何利用智能育種提升植物改良的遺傳增益，包括集成和利用各種育種技術(shù)和方法，通過平臺、技術(shù)、設(shè)施、群體、數(shù)據(jù)、模型，甚至育種材料的共享，實現(xiàn)資源利用和育種效率的最大化，在開源育種和服務(wù)平臺的支持下，有效地開展智能育種。基因組-環(huán)境組集成預(yù)測新策略將推動智能育種和作物栽培生理等領(lǐng)域的重大變革。