记录水稻DNA,她破译“密码”实现精准育种

2023-09-21 阅读数 9284    赞 1

编者按

共享出行、远程办公,给居民生活带来便捷体验;云展览、元宇宙演唱会,丰富了人们的精神文化生活;“无人工厂”、智慧农场,让生产更加高效;人工智能、AI应用,正掀起新时代浪潮……当前,数字技术以前所未有的速度、广度和深度,改变着人类的思维、生活、生产及学习方式。互联网场景日新月异,数字技术迭代升级,提升全民数字素养与技能,势在必行。

“数字”二字为何如此重要?近日,2023世界计算大会在长沙举行。作为科研领域的女性代表,国务院原秘书长、中国社会科学院大学教授江小涓在会上提到,智能时代的算力算法已成为重要的创新要素。

数字化正在全球掀起浪潮,作为10.67亿分之一的“中国网民”,你了解大数据背后的科技实力吗?透过本次大会,今日女报/凤网记者了解到,在湖南算力算法领域不乏女性身影。她们曾是理工学科的“孤勇者”,如今已是数字领域的“高精尖”——因为她们的努力,“数字湖南”正奔向全球“计算高地”!  


今日女报/凤网记者 江昌法 周雅婷

入秋后,三湘大地生机勃勃,在长沙县春华镇育种基地大田里,李兰芝头戴草帽、双脚踩泥、俯身察看,双手轻抚着稻苗进行观测和比对。

水稻是世界上最重要的粮食作物之一,育种技术的不断突破,有效保证了粮食安全。新中国成立以来,我国水稻育种技术经历了多次迭代。然而,无论是杂交技术,还是航天诱变育种,都属于传统育种范畴,存在着周期长、效率低、不确定性大等短板。

“传统的方法,是我们需要从海量种质资源中筛选出可能有用的材料,做大量杂交组合,存在耗费人力、物力、效率低等问题。”李兰芝说,但随着育种技术的进步、种业政策的推动,中国育种发展阶段正加速向“生物技术+信息技术+人工智能+大数据技术”的育种4.0智能育种时代迈进。

在研究过程中,李兰芝首先了解水稻不同基因对应的不同性状以及不同基因耦合可能产生的性状。她将这些基因根据需要进行重新组合,得到需要的品种。

“这相当于实现了对水稻基因的精准画像。”李兰芝告诉今日女报/凤网记者,这张“画像”记录了水稻DNA中数以亿个碱基的排序,不同的片段序列对应不同的基因。

“通过大数据技术和算法,我们缩小了杂交组合范围,只需要选择预测值高的组合进行田间试验验证,最终选取目标杂交组合。”但在李兰芝看来,仅仅完成画像还不够,因此,完成水稻基因组测序后,摆在李兰芝团队面前的第二道难题——破译“密码”,挖掘功能基因。

什么样的基因能够让水稻高产、优质?什么样的基因能够让水稻更能抗病、抗虫?

多年来,李兰芝团队联合武汉大学胡中立教授研究团队,一直扮演着水稻基因“解码人”的角色。经过他们年复一年的努力,一个一个水稻功能基因得以挖掘,一个个水稻遗传密码实现破译。

2023年7月,在持续研究十年后,李兰芝团队在国际著名学术期刊发表论文《表型代际效应联合分析鉴定杂交水稻稻米品质性状关联位点》,该研究开发了表型、效应和世代联合分析的流程——表型代际效应分析流程(JPEG),以鉴定杂交稻稻米品质性质关联位点,大幅提高了杂交水稻全基因组选择预测精度,为水稻精准育种提供了重要的理论和技术支撑。

对未知领域的探索,毫无疑问是孤独的。然而在李兰芝的眼中,像她这样深耕农作物种植领域的算法工程师都是有科学理想的,“我们希望将研究成果转化、运用,攻克水稻高产优质协同改良的科学难题,为国家粮食安全贡献巾帼力量”。


编辑:鸢尾蝶

二审:吴雯倩

三审:邓魏

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