信息技术为生物育种“添翼赋能”

除了田间、大棚和实验室，计算机也成了研究培育种子的“新场地”；“5G”一词不仅给人以“网速快”的直观体验，它还正在育种领域大显身手……近日，2023世界5G大会5G与智慧农业育种论坛在河南省郑州市举办，多方专家学者和企业代表汇聚一堂，围绕信息技术和育种产业发展，共享前沿成果、共商探索方向、共话未来前景，为加快新一代数字科技和生物育种技术深度融合发展建言献策。

一场迭代：“把育种现场从田间地头搬到计算机”

育种的一项重要工作是筛选出呈现所需性状的种子，基因型是决定性状的因素之一。智慧育种将常规育种、分子育种以及基因编辑、生物合成等通过信息技术进行整合，是一个逐渐迭代演进的新阶段育种技术。

近年来，育种领域对信息技术的需求日益凸显，以5G、大数据、人工智能为代表的新一代信息技术加速创新，已经渗透到包括基因资源挖掘以及育种的选择、决策等各个环节，创新发展前景广阔。

中国工程院院士、河南省农业科学院研究员许为钢从事小麦遗传育种研究，他认为，小麦的遗传信息非常庞大，符合高通量大数据的特点，用5G技术进行数据的快速传递、用大数据的智慧分析模型等来处理相关的信息进行决策，可以极大提高对物种信息认识的维度，能够更加精准地认识特定性状的遗传背景。

“我们迫切地渴望数字技术在品种选育中发挥作用。”许为钢说，在提高光合作用、提高产量等品种单点显著改良的基础上，对已知的上百个基因进行转移、编辑方面的尝试则是一项复杂工程，现在需要系统地优化模型来指导选择。

大数据和人工智能在预测和精准测定优异性状方面发挥越来越重要的作用，更高效、更精准、更快速地发掘相关重要的育种价值基因成为一个新的方向，随着信息技术在育种领域的开发应用，育种材料的选择决策依据从筛选已有性状逐步向预测有利性状发展，预测基因表达效果已在商业化育种中得到实践。先正达生物科技（中国）有限公司应用遗传学和新技术发现助理总监姚骥介绍，该公司开发部门在玉米商业化育种过程中，通过基因组学的标记数据建立起涵盖更多遗传多样性的泛基因组。同时，基于以历史基因型数据和表型数据建立的预测模型，将待测基因型输入到模型中，得到所需候选个体预测的表型，随后可以根据预测结果将一些期望获得的有利性状个体进行田间测试。通过预测模型进行筛选淘汰可以有效减少测试量，保留绝大多数优良新自交系进入后续的测试过程中。

一个核心：亟须“存好、管好、用好”的数据资源

“最核心”“底盘”“如同石油般珍贵的资源”……在本次论坛上，专家学者的这些表述全都指向一个不可忽视的关键词——数据。从实验驱动到数据驱动，育种研究已经越来越依赖于大量、高质量、可信度高的大数据，还包括对其进一步整合分析以及基于此算法模型的构建。

中国农科院作物科学研究所研究员马有志说：“实现基因型数据和表型数据多维数据的整合，这在过去是想象不到的，数据量太大了。”

“育种关注的性状越来越多，要把很多性状聚合到一起，从性状数据的采集、存储、传输到计算，到最后做出决策，这个过程变得越来越复杂，数据量是以指数级方式来增长。”中国工程院院士、河南省农业科学院院长张新友也表示，按传统的育种技术已经很难做到对一些性状的认知，信息技术为育种提供了强有力的支撑手段。

育种数据的采集和处理是一项多要素整合的系统工程。与会专家认为，根据自身育种业务流程开发自主知识产权育种软件非常有必要。中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任赵春江从事支持育种的软件和硬件研究，他介绍，由其团队开发的金种子育种平台，集成了大数据、数学模型，包含材料管理、数据采集、分析决策等功能，可以按需自动化配置各个模块，达到了服务育种家的目的。此外，加装各种传感器的田间作业机器以及高通量、自动化的表型获取装备都为育种家在育种观察、评定、分析过程中提供了数据采集的硬件支持。

中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任 赵春江

“如何去存好、管好、用好农业组学的数据是一个非常重要的研究内容，最终目的是先实现数字化，再智能化。”中国科学院北京基因组研究所国家基因组科学数据中心副主任章张介绍，当前，我国正在持续部署国家生物信息中心建设，已经初步建立了相应的全链条组学数据体系，并且基于这些数据，开发相应的算法加以挖掘利用，在数据的标准化、规范化上做了很多工作。

一次展望：强化“IT+BT”深度融合 抓机遇迎挑战

与会专家认为，我国处在从杂交育种到分子育种全面跨越的阶段，在一些细分领域处在国际领先甚至前沿水平，但整体上同国际的种业巨头仍存在代际差。

马有志认为，目前数据对育种的支撑还远远不够，对表型数据的采集还比较粗糙，距离为育种家提供参考帮助还有一定提升空间。

“希望未来可以拥有面向不同研究团队、不同作物的个性化模型和算法。”马有志说。在数据模型层面，中国工程院院士、中国农业科学院原副院长万建民还认为，我国信息技术驱动的基础研究存在不足，尤其是核心算法和模型创新缺乏，在数据模型和基础研究方面结合也不够紧密。此外，智能化的育种技术短板还是需要进一步提升，数据驱动的模型精准性还是偏低，很多底盘技术还依赖于国外，同时重大新品种设计能力亟待提升。

挑战迎面而来的同时也意味着无限的机遇和前景。与会专家表示，要强化“IT+BT（信息技术+生物技术）”的融合，搭建起5G、大数据、人工智能等信息技术领域和生物育种领域研究团队的合作平台，建设国家级的融合智能设计重大平台，推动高校、科研院所和企业的创新联合，构建IT驱动生物育种创新体系，加快数字新业态的应用，形成系统化的创新链条。

此外，与会专家认为，专业人才培养也是夯实“IT+BT”融合的必要之举。当前，运用先进信息技术从事作物育种的人才越来越多，通过5G等技术和智慧育种的结合，将会有新一代育种家逐渐涌现，更多优质育种成果未来可期。