人工智能为研发提速 用基因技术设计“未来水稻”

在深圳的大鹏，农业科学院深圳农业基因组研究所的水稻试验田犹如一幅生命的画卷。在这里，研究员们埋头于育种实验，不断探索着水稻的基因奥秘。

前不久，第十九届国际植物学大会的一个亮点活动，即2017年国家自然科学基金委员会与国际水稻研究所联合研讨会在深圳盛大召开。此次大会吸引了国内外水稻研究领域的顶尖专家，他们共同探讨了如何挖掘更多的高效等位基因，以应对气候变化，并开发可持续的栽培模式等核心议题。

水稻，作为世界上一半人口的主食，其种植历史凝聚了人类无尽的心血与智慧。从国际水稻研究所推动的“第一次绿色革命”，到中国育种学家的杂交育种探索，都为水稻的“高产、稳产、优质、高效”做出了杰出贡献。这些成果不仅惠及中国，更是走进了亚非地区的千家万户。

基因技术为水稻的“升级换代”奠定了基石。自多国科学家于1998年启动国际水稻基因组测序计划以来，我们已经见证了基因技术在水稻研究中的飞跃发展。在2004年，科学家们完成了水稻基因组序列的全图绘制，并在技术平台、重测序、功能基因的克隆和调控网络解析等方面取得了重大突破。如今，随着高通量、高精度基因测序技术的进步，我们可以一次测定数十万至数百万条DNA分子的序列，并从中筛选出宝贵的信息。这一进步推动了水稻育种从传统的“经验育种”向现代的“精确育种”转变，使得设计“未来水稻”成为可能。

从常规育种到分子设计育种，代表了水稻育种的发展方向。分子设计育种以基因技术为核心，让水稻育种周期更短、更有针对性。这种育种方式不仅提高了效率，还为我们带来了更加丰富的选择。例如，“杂种优势”的应用使得杂交水稻品种的单产远超其亲株。近年来，“杂交水稻之父”袁隆平院士推出的多个“超级杂交稻”品种不断刷新单产纪录，亩产已经突破1000公斤。

除了丰产性，抗病性、优质性、广适性也是水稻育种的重要目标。在分子育种时代，科学家们可以通过研究不同农艺性状的基因来改善水稻植株，培育出具有更多优势的“未来水稻”。这些水稻将具备高营养、多功能等特点，为稻米食用者提供更多细分化、个性化的选择。

值得一提的是，3000份水稻核心种质基因组原始测序数据的开放为相关研究提供了丰富的资源。这些数据来自“3000份水稻基因组”项目，这是迄今为止全球最大的植物基因组测序项目。这些数据有助于科学家们突破技术瓶颈，提升全球水稻基因组研究和分子育种水平。

在2017年的联合研讨会上，科学家们纷纷就如何利用这些数据、推动分子设计育种技术等主题展开深入探讨。中国农业科学院深圳农业基因组研究所的徐建龙研究员在交流中分享了他们的研究成果。他们通过挖掘抗旱性和耐低氮能力强的亲本，初步筛选出具有这些优良性状的品种，为水稻抗逆育种创造了重要的中间材料。

介绍科技的力量：未来水稻新品种的诞生与颠覆式改造的农业产业

近日，中国科学院李家洋院士带领的团队携手水稻分子育种专家，向世界展示了水稻基因研究的重大进展。他们成功开放了一项包含3000份水稻核心种质基因组的原始测序数据，构建了庞大的数据库。这不仅为全球水稻基因组研究和分子育种水平提供了强大的推动力，更突破了水稻复杂性状分子改良的技术瓶颈。

这个基因组测序数据库的出现，就像是研发领域的标准化公共基础设施，为未来的研发工作打下坚实的基础。随着更多领域的基因重测序工作展开，具体的水稻科研项目将会围绕其深入进行。借助基因技术，我们已能够实现对水稻的分子标记设计育种，培育出既高产又优质的籼粳稻杂交新品种。这一切都离不开人工智能的助力，它正在为研发提速，引领我们走向一个全新的科技农业时代。

在这个时代，我们不仅可以更快更好地培育出定向设计的水稻品种，还能为米饭增加“营养品”的身份。彩色米、富含特定营养元素的“功能水稻”将逐渐走出实验室，满足人们对水稻颜色、形状、品质和营养的个性化需求。这不仅将提高人们的健康水平，还将引领一场农业产业的革命。

我国科学家在长年累月的研究中，已经确认了水稻大量农艺性状的功能基因及其调控网络。近五年来，中国科学家在全球顶级学术期刊上发表的水稻基因研究文章占比高达40%，反映了我国在水稻基因组学领域的显著进步。在我国唯一专门从事农业基因组学研究的国家级研究所——中国农业科学院深圳农业基因组研究所，多个研究团队在多个领域取得了一系列国际领先的研究成果。配备的高性能计算中心为这些研究提供了硬件支撑。

从实验室成果到商业化产品的转化并非一蹴而就，需要经过多个环节和至少10年以上的时间。但一些国际公司已经开始超前地引入人工智能技术，为“未来水稻”产品研发加速。例如，美国Atomwise公司开发的技术能够通过强大的深度学习算法和超级计算机，快速分析并找出可能对病虫害控制产生积极影响的分子。

高新科技的快速发展将颠覆整个农业产业。农民将通过移动设备指挥传感器、机器人、卫星和航空成像等设备，利用大数据分析及人工智能开发出最新技术来种植田地；一线大都市将工业化、大规模地推进立体农业，使城市空间成为未来食物的主要来源之一；农业与餐饮、休闲、科研、教育等领域的跨界融合新业态将愈发丰富，农民通过提升服务获得超额回报，农业生产和消费者之间的信息隔阂将逐步消除。这一切预示着，科技的力量正在推动农业进入一个全新的时代。