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記者24日從華中農(nóng)業(yè)大學獲悉，該校農(nóng)業(yè)微生物資源發(fā)掘與利用全國重點實驗室教授李國田、中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員高彩霞聯(lián)合國內(nèi)外多家研究單位，系統(tǒng)闡述了組學、基因編輯、蛋白質(zhì)設計與高通量表型等多技術(shù)協(xié)同的作物改良新范式，提出利用蛋白質(zhì)設計按需打造功能元件的新途徑，描繪了AI輔助的優(yōu)異種質(zhì)設計藍圖，有望引領新一輪作物改良革命。相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊《自然》上。

李國田介紹，傳統(tǒng)育種受限于表型觀察和種質(zhì)資源，已逼近遺傳資源極限。組學技術(shù)（基因組、代謝組、單細胞組學和空間組學）能“高清呈現(xiàn)”作物的遺傳全貌，顯著加速性狀解析與品種選育。通過泛基因組解析結(jié)構(gòu)變異和微生物組研究，育種資源庫得以大幅擴展，單細胞空間組學可在細胞精度定位優(yōu)異性狀基因。

未來，更高通量、普適性更強的技術(shù)及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準將構(gòu)建更精準的基因組圖譜，為精準分子操作奠定基礎。人工智能賦能的基因編輯工具將深入揭示復雜性狀背后的多基因協(xié)同作用機制，并精準預測編輯結(jié)果，降低對大規(guī)模篩選的依賴。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，AI驅(qū)動的蛋白質(zhì)設計為作物改良提供新策略，利用蛋白質(zhì)設計技術(shù)突破遺傳資源的限制，重新設計具有特定功能的全新蛋白質(zhì)，并將這些“定制化生物零件”精準導入作物。這可以系統(tǒng)性、可編程化調(diào)控植物關(guān)鍵生理過程，并協(xié)同增強其在復雜多變環(huán)境下的綜合適應能力。這一發(fā)現(xiàn)為跨越遺傳與環(huán)境壁壘提供范式級解決方案，有望引領作物育種進入“按需設計”的分子智能育種新時代。

同時，AI驅(qū)動的多學科融合解決方案將助力海量數(shù)據(jù)高效處理，實現(xiàn)對微觀生理響應的原位捕獲，推動高通量表型組的規(guī)?；瘧?。

文章還提出人工智能驅(qū)動的作物改良框架，即通過AI驅(qū)動的多模態(tài)模型，整合基因型、表型、環(huán)境與田間管理多模態(tài)數(shù)據(jù)，在“設計—構(gòu)建—測試—學習”閉環(huán)中，實現(xiàn)從傳統(tǒng)重組到編輯介導的定向?qū)?。值得期待的是，全球?qū)蚪M編輯作物的監(jiān)管政策正向更科學、簡化方向發(fā)展，為新技術(shù)廣泛應用創(chuàng)造有利條件。

（受訪單位供圖）