加速剂|新模型为玉米智能育种注入“加速剂”
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王向峰在铁岭东升玉米品种试验中心考察玉米果穗性状 。受访者供图
■采访人员 张晴丹
我国粮食总产量位居全球首位，玉米产量位居世界第二，但是育种技术体系的信息化与智能化程度与欧美发达国家相比，还有相当大的差距 。
科研人员意识到，我国急需建设为玉米种业服务的玉米智能设计育种技术体系，为我国玉米育种行业解决“卡脖子”问题 。
近日，中国农业大学农学院、国家玉米改良中心教授王向峰与西北农林科技大学生命科学学院、旱区作物逆境生物学国家重点实验室教授马闯课题组在《生物信息学简报》上发表了一篇方法学研究论文，论文介绍了科研团队联合开发的一款基因组优化设计模型GOVS，可以加速玉米杂交育种，缩短育种周期，促进玉米种业智能化、高质量发展 。
急需技术攻关，解决关键问题
【加速剂|新模型为玉米智能育种注入“加速剂”】21世纪以来，随着互联网、人工智能、机器学习等现代信息技术的迅速发展，全球已迈入大数据时代 。信息科学与生命科学的跨学科交叉融合为育种科技的跨越式发展提供了新的契机 。
2018年美国康奈尔大学玉米遗传育种学家、美国科学院院士Buckler教授提出“育种4.0”概念 。中国科学院院士、我国水稻遗传育种学家张启发也提出作物育种已进入5G育种时代 。
“美国基本已经进入育种4.0时代，也就是智能育种时代，但我国还没有实现这一步 。”论文通讯作者王向峰在接受《中国科学报》采访时表示，无论是“育种4.0”还是“5G育种”，其本质都是育种行业的工程化、智能化升级，即逐步形成“智能设计育种”技术体系 。
在他看来，智能设计育种是在分子设计育种的基础上融合生物信息学、群体遗传学、大数据、人工智能等多个交叉学科的育种智能化解决方案，是全基因组选择育种的升级和优化，是我国“十四五”期间种业创新工程中重点攻关的技术领域 。
玉米智能设计育种技术体系可以帮助解决三方面关键问题 。王向峰指出，首先，可以解决玉米育种行业研发周期长、效率低、成本高、决策难等问题；其次，助推现代种业与人工智能的融合发展，形成“智能+种业”的新经济产业体系；最后，打破育种技术壁垒，缩短与国际种业巨头之间的技术差距，振兴民族种业 。
两款工具相辅相成
为什么美国育种水平比我国高？“因为他们通过几十年发展积累了大量育种数据，在整个育种过程中，每一个步骤都是通过大数据驱动，已经可以进行作物表型的模拟，根据模型预测来辅助育种家筛选材料进行杂交组配 。”王向峰答道 。
要想在种业科技创新上“弯道超车”，开发玉米智能设计育种技术体系成了当务之急 。
“不过，大数据的高效采集、深度分析和充分利用，十分困难 。”论文共同通讯作者马闯在接受《中国科学报》采访时表示，相比欧美发达国家，我国的育种相关生物学大数据还比较缺乏 。以基因组数据、表型数据为例，之前采集这些数据的成本较高，近年来随着科技发展，相关成本有所下降，数据呈快速增长趋势，数据的高效采集问题正在解决，深度分析和充分利用问题还需要高度关注 。
玉米要做杂交种，实际是两个纯和自交系杂交以后形成 。以前需要四五年才能生产出来一个纯和自交系 。“现在的利好是单倍体诱导育种技术，基本上一年就可以生产出一个纯和自交系 。”王向峰表示，双单倍体技术在玉米育种行业中的逐步成熟与普及，使得玉米纯和自交系的生产周期大幅缩短、成本大幅降低、自交系数量大幅度增加 。
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