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本報記者 李爭粉

在這個星球上，生長著各類形態(tài)各異、不同種類的植物。然而，我們對其卻所知甚少。2000年，首個植物基因組——擬南芥基因組發(fā)布，二十六年過去，仍有超過99%的陸地植物缺乏高質(zhì)量的參考基因組，這嚴重限制了人類對植物多樣性、適應性及功能潛力的深入認知與應用開發(fā)。

為了打破這一現(xiàn)狀，2月11日，中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室深圳分中心）聯(lián)合中國植物學會、北京大學等國內(nèi)外49家單位共同發(fā)起“植物星球計劃（PLANeT）”，旨在通過解碼陸地植物主要譜系的遺傳密碼，繪制完整的“植物生命之樹”，以應對糧食安全、生物多樣性保護、新藥發(fā)現(xiàn)和可持續(xù)發(fā)展等全球性挑戰(zhàn)。

繪制完整的“植物生命之樹”

在億萬年的進化歷程中，植物演化出了多樣的形態(tài)，追溯植物進化史上的關(guān)鍵“節(jié)點”，有助于揭示植物進化中共有和特有性狀的遺傳基礎(chǔ)。然而，由于基因組數(shù)據(jù)的零散與缺口，許多關(guān)鍵進化關(guān)系懸而未決?！爸参镄乔蛴媱潯敝饕撠熑?、中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員王麗介紹道，“植物星球計劃”希望通過對缺乏參考基因組的目、科進行采樣，借助系統(tǒng)發(fā)育基因組學方法，構(gòu)建一個高分辨率、時間校準的完整陸地植物系統(tǒng)發(fā)育樹，從根本上厘清所有主要植物類群之間的親緣關(guān)系與分化時間，從而繪制完整的植物“生命之樹”。

讓AI讀懂植物的“共同語言”

然而，有了關(guān)鍵的基因組數(shù)據(jù)，如何處理、利用數(shù)萬個基因組產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)成了“植物星球計劃”面臨的另一大難題?！懊鎸θ绱朔彪s的數(shù)據(jù)，人工很難處理?！蓖觖愓f。為了進一步加速項目進度，減輕人工負擔，“植物星球計劃”引入了人工智能算法和模型，讓AI學習并破譯植物的“共同語言”。王麗介紹道，與自然語言處理模型通過學習海量文本掌握語法和語義類似，基因組語言基礎(chǔ)模型將通過分析數(shù)以萬計的不同植物基因組，學習識別DNA序列中保守的“語法”規(guī)則、調(diào)控元件的組織邏輯以及功能模塊的編碼模式?！捌谱g了植物的‘共同語言’，我們才能知曉植物在4.7億年進化歷程中的生命基本法則?！蓖觖愓f。

龐大的植物基因組數(shù)據(jù)庫的作用還遠不止此。隨著氣候和生態(tài)環(huán)境的變化，不少植物正在加速消失。傳統(tǒng)的保護措施常受限于表型數(shù)據(jù)的匱乏和采集難度，“植物星球計劃”通過分析基因組中的遺傳多樣性等指標，可以比傳統(tǒng)野外監(jiān)測更高效率地識別出那些遺傳基礎(chǔ)脆弱、瀕臨滅絕的物種，從而精準評估植物的瀕危狀況，為生物多樣性評估、穩(wěn)健保護決策的制定等提供理論依據(jù)。此外，通過挖掘植物中抗病、抗旱、耐鹽的基因，有助于培育出具有氣候韌性的“未來作物”，保障糧食安全。

“植物星球計劃”具有重大的科學意義和戰(zhàn)略意義。在科學上，植物星球計劃將揭示植物基因組進化和功能的“共同語言”，建立人工智能賦能基因組學研究的理論體系。在戰(zhàn)略上，植物星球計劃將整體提升全球生物多樣性保護和實現(xiàn)碳中和的生態(tài)能力，構(gòu)建植物科學領(lǐng)域全球大科學命題國際合作的新格局。

中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所供圖