关于我国林木育种向智能分子设计育种发展的思考

“作物育种4.0”的提出,为我国林木遗传育种指明了向智能分子设计育种发展的前进方向。本文提出了理想品种的概念及其智能设计实现条件,简要综述了我国林木遗传育种研究历史以及存在的问题,并提出了推动我国林木智能分子设计育种的发展对策等。林木遗传育种应该瞄准国家林业重大需求,有组织地选择重要树种系统布局,在推动树种高世代遗传改良及其利用的同时,准备系谱关系清晰的育种资源群体,做到等位变异有迹可循;解析重要性状遗传变异规律及其调控网络,实现基因调控有据可查;建立高效的多组学大数据整合分析以及育种群体构建、亲本选配和后代选择等分子设计育种技术方法体系,保证智能育种有“法”可依等。逐步解决我国林木遗传育种中存在的问题,为实施林木智能设计育种创造理想条件。在每一育种世代品种向理想品种选育的推进过程中,尽可能将智能分子设计育种的最新理论和技术成果应用于育种实践,选育出高产、优质、高抗的当前世代理想品种,满足国家林业发展的现实需要。

信息技术与智能装备助力智能设计育种

当前,世界种业已进入空前的密集创新和产业变革时代,作物育种正迎来以信息技术和生物技术融合发展为标志的新一轮科技革命,并将引领种业进入智慧种业时代。为此,抢占农业智能设计育种技术及其产业发展的制高点已成为世界各国增强国际竞争力的重大战略。文章回顾了作物主要育种技术及模式的发展历程,总结了智能设计育种的含义和基本流程,论述了信息技术与智能装备在智能设计育种中的主要作用,包括表型-环境大数据获取解析、多重组学大数据分析、多维大数据驱动的智能育种预测模型构建、育种大数据存储管理与应用以及育种装备的机械化、自动化和智能化方面的内容;最后从信息技术和智能装备视角探讨了当前作物智能设计育种面临的主要问题与挑战,并从加速作物表型组技术体系构建、加快育种大数据建设、加强生物技术和信息技术的深度融合、务实推进种业智能装备自主研发和开展智能设计育种大联合大协作五个方面提出了具体建议。

人工智能加速作物表观遗传设计育种

全球人口持续增长、极端天气频发等因素给全球粮食安全带来新的挑战,需要开辟新的育种途径提升作物育种性状。近年来,生物技术(biotechnology,BT)与人工智能、大数据等信息技术(information technology,IT)的深度融合推进了智能设计育种技术的快速发展。智能设计育种技术加速多维组学全景图谱绘制、基因调控网络解析和全基因组优异等位变异的挖掘,并通过基因组设计改良育种性状。作物育种性状受到遗传、表观遗传和环境因素协同调控,表观遗传与二者的互作起着关键作用。智能设计技术的发展使得基于表观遗传的设计育种成为可能,成为提升作物育种性状的新途径。表观遗传学与人工智能的深度融合极大地促进了表观遗传全基因组修饰位点的鉴定和调控网络解析,创新了基于表观遗传修饰位点的回路设计,实现定向创制综合性状优良的新种质和培育新品种。