加速剂|新模型为玉米智能育种注入“加速剂”( 二 )
我国一个中、大型种业公司每年可生产2万到5万份的玉米自交系 。自交系量已经达到如此规模，如果再将这些自交系与3到5个测验种进行杂交，理论杂交组合的数量为几十万 。依赖于田间表型测试对数十万的组合进行人工选择的成本太高，是几乎无法完成的任务 。
因此，科研团队认为，必须采用智能育种的方式，依据预测模型指导基于基因型的选系 。
“假如有10万个自交系，再与一个测验种进行杂交，就有10万个杂交种，把它们都种在田里根本不可能 。而用模型先在计算机上模拟，筛选出产量最高、最优的10%的杂交种，在田间就可以只种这10%的部分，相当于种1万株，成本仅是原来的十分之一 。”王向峰举例 。
鉴于此，科研团队开发了基因组优化设计模型GOVS 。传统育种模拟软件主要利用遗传材料的系谱关系和表型数据模拟育种过程，同时指导未来育种流程中的选系和组配 。“GOVS则采用了称为‘基因组优化设计’的策略，即通过算法模拟出一个理论上尽可能多地聚合了某个育种群体中目标表型的优势基因组片段或有利等位基因的虚拟基因组 。”论文第一作者、西北农林科技大学博士生程前告诉《中国科学报》 。他还是GOVS软件的主要开发人之一 。
程前表示，目前，这样一个理想基因组在现实中还不太可能得到，但是可以作为评估层面或者育种路径的一个指导 。
在此之前，王向峰还与华中农业大学教授严建兵课题组在《基因组生物学》上发表了一款基于机器学习建立的全基因组选择模型——CropGBM工具箱，同时整合了多种常用遗传分析工具，比如基因型与表型数据预处理、育种材料遗传结构解析、全基因组选择模型、标记筛选与模块设计、数据可视化等功能模块，为作物基因组设计育种提供一站式解决方案 。
“智能指的就是机器学习里面建立的模型，这个模型相当于人的大脑，是有驱动力的 。GOVS与CropGBM相辅相成，分别用于不同的育种环节，实际上都是利用人工智能的策略加速育种 。”王向峰说 。
“强心剂”和“加速剂”
粮食安全事关国计民生与长治久安，种业是现代农业核心与命脉，科技创新是战略支持 。要想培育具有自主知识产权的新品种，需要育种家不懈的努力 。
“不过，育种现状却不容乐观 。国内育种家普遍年龄偏大，大多已过50岁，而且他们多是凭经验、靠眼睛去决策选材料，每个人的经验又有差异 。加上在田间搞测试的年轻人很少，以后的育种越来越不能靠人去完成，只能通过计算机做育种 。”王向峰表示 。
而机器学习最大的两个亮点，一个是效率，一个是自动化 。用模型去代替育种家的经验，做更加标准化、规范化的决策，既减少育种家的工作量，又降低了许多成本 。
“育种要‘藏粮于技’，我们这个成果是智能育种方法学和技术的大胆突破，也是给国内做相关育种工作科研人员注入‘强心剂’ 。”马闯说 。
此外，他指出，相较于国外育种4.0理念，我国如何去追赶、超越，迈入“育种4.0”或是“5G育种”时代，需要更加先进的技术，从这个意义上说，这项成果也是“加速剂” 。
“要明确的是，我们这套技术并不是基因组选择的替代，我认为基因组选择在未来育种体系中仍是核心技术，最大优势是可以大幅度减少田间工作量和成本，不可取代 。而我们这套技术如果和基因组选择、双单倍体技术相结合，会达到更好的效果 。”程前强调 。
当前，科研团队正围绕玉米智能设计育种技术体系的建设开展多方面的工作，力争打造大数据驱动的玉米智能育种服务平台，为全国范围内的种业企业、育种团队提供智能决策服务 。
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