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本報(bào)記者 李爭(zhēng)粉

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

為了打破這一現(xiàn)狀，2月11日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）聯(lián)合中國(guó)植物學(xué)會(huì)、北京大學(xué)等國(guó)內(nèi)外49家單位共同發(fā)起“植物星球計(jì)劃（PLANeT）”，旨在通過(guò)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(shù)”，以應(yīng)對(duì)糧食安全、生物多樣性保護(hù)、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(shù)”

在億萬(wàn)年的進(jìn)化歷程中，植物演化出了多樣的形態(tài)，追溯植物進(jìn)化史上的關(guān)鍵“節(jié)點(diǎn)”，有助于揭示植物進(jìn)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(jìn)化關(guān)系懸而未決。“植物星球計(jì)劃”主要負(fù)責(zé)人、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)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(jì)劃”希望通過(guò)對(duì)缺乏參考基因組的目、科進(jìn)行采樣，借助系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)方法，構(gòu)建一個(gè)高分辨率、時(shí)間校準(zhǔn)的完整陸地植物系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，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(shí)間，從而繪制完整的植物“生命之樹(shù)”。

讓AI讀懂植物的“共同語(yǔ)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(wàn)個(gè)基因組產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)成了“植物星球計(jì)劃”面臨的另一大難題?！懊鎸?duì)如此繁雜的數(shù)據(jù)，人工很難處理?！蓖觖愓f(shuō)。為了進(jìn)一步加速項(xiàng)目進(jìn)度，減輕人工負(fù)擔(dān)，“植物星球計(jì)劃”引入了人工智能算法和模型，讓AI學(xué)習(xí)并破譯植物的“共同語(yǔ)言”。王麗介紹道，與自然語(yǔ)言處理模型通過(guò)學(xué)習(xí)海量文本掌握語(yǔ)法和語(yǔ)義類似，基因組語(yǔ)言基礎(chǔ)模型將通過(guò)分析數(shù)以萬(wàn)計(jì)的不同植物基因組，學(xué)習(xí)識(shí)別DNA序列中保守的“語(yǔ)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(yǔ)言’，我們才能知曉植物在4.7億年進(jìn)化歷程中的生命基本法則?！蓖觖愓f(shuō)。

龐大的植物基因組數(shù)據(jù)庫(kù)的作用還遠(yuǎn)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(hù)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(jì)劃”通過(guò)分析基因組中的遺傳多樣性等指標(biāo)，可以比傳統(tǒng)野外監(jiān)測(cè)更高效率地識(shí)別出那些遺傳基礎(chǔ)脆弱、瀕臨滅絕的物種，從而精準(zhǔn)評(píng)估植物的瀕危狀況，為生物多樣性評(píng)估、穩(wěn)健保護(hù)決策的制定等提供理論依據(jù)。此外，通過(guò)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(lái)作物”，保障糧食安全。

“植物星球計(jì)劃”具有重大的科學(xué)意義和戰(zhàn)略意義。在科學(xué)上，植物星球計(jì)劃將揭示植物基因組進(jìn)化和功能的“共同語(yǔ)言”，建立人工智能賦能基因組學(xué)研究的理論體系。在戰(zhàn)略上，植物星球計(jì)劃將整體提升全球生物多樣性保護(hù)和實(shí)現(xiàn)碳中和的生態(tài)能力，構(gòu)建植物科學(xué)領(lǐng)域全球大科學(xué)命題國(guó)際合作的新格局。

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所供圖