我科學(xué)家成功研發(fā)作物智慧育種新算法

    2025-03-11 09:10:53

近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物智能設(shè)計(jì)算法模型創(chuàng)新研究組成功研發(fā)一套新的人工智能算法——自動(dòng)化機(jī)器學(xué)習(xí)框架，通過將農(nóng)作物的氣象環(huán)境大數(shù)據(jù)與基因組信息深度融合，實(shí)現(xiàn)了作物精準(zhǔn)遺傳分析與基因組預(yù)測(cè)，為作物智能設(shè)計(jì)育種提供了有效工具。相關(guān)研究成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)科學(xué)》上。


據(jù)研究組負(fù)責(zé)人介紹，糧食等農(nóng)作物的高矮、莖稈粗細(xì)、節(jié)間長(zhǎng)短和產(chǎn)量高低等特征都屬于作物的田間表型，由作物的基因型、環(huán)境以及基因型與環(huán)境的互相作用共同決定。在實(shí)際育種過程中，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)作物的田間表型對(duì)于提高育種效率、縮短育種周期至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的基因組預(yù)測(cè)方法往往忽略了環(huán)境因素對(duì)田間表型的影響，導(dǎo)致在不同的環(huán)境條件下，對(duì)作物的田間表型預(yù)測(cè)精度常常有限。因此，將環(huán)境數(shù)據(jù)納入基因組預(yù)測(cè)模型，考慮基因型與環(huán)境的相互作用，成為提升作物田間表型預(yù)測(cè)精度的關(guān)鍵。


研究團(tuán)隊(duì)基于大規(guī)模多環(huán)境下玉米雜交種的數(shù)據(jù)集，利用人工智能技術(shù)開發(fā)了一套自動(dòng)化機(jī)器學(xué)習(xí)框架，將環(huán)境數(shù)據(jù)與基因組信息深度融合，開展遺傳分析與基因組預(yù)測(cè)。比較傳統(tǒng)基因組預(yù)測(cè)方法，該算法有三大亮點(diǎn)：一是集成遺傳和環(huán)境特征處理功能；二是集成多種先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行模型訓(xùn)練，提升模型訓(xùn)練效率和預(yù)測(cè)精度，與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)模型相比，計(jì)算時(shí)間可縮短290倍，且能保持較高的預(yù)測(cè)精度；三是利用獨(dú)特的SHAP可解釋技術(shù)解釋模型，量化遺傳和環(huán)境特征對(duì)作物表型變異的貢獻(xiàn)。


研究組負(fù)責(zé)人表示，該研究可為解析基因型與環(huán)境互作的生物學(xué)機(jī)制提供重要參考，同時(shí)為作物育種提供新的工具。

責(zé)編：張春祥

一審：張春祥

二審：楊丹

三審：楊又華

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