李家洋院士：未来育种5.0方向
李家洋院士：未来育种5.0方向
随着全球人口的持续增长，粮食安全问题日益严峻。如何通过科技创新提高粮食产量，成为各国科学家关注的焦点。中国科学院院士李家洋在《科学通报》上发表文章，提出了未来育种技术的发展方向——育种5.0，即"智能作物的智能培育"。这一概念的提出，为全球农业科技创新指明了新的方向。
育种技术的历史演进
作物育种技术的发展史是一部科技进步史。从新石器时代的驯化选育到现代的设计育种，每一次技术革新都极大地推动了农业生产效率的提升。
育种1.0：“驯化选育”
始于新石器时代，人类通过长期选择和积累自然变异，将野生物种驯化为栽培品种。这一过程使植物落粒性降低、直立生长、种子休眠性降低等，为农业生产奠定了基础。
育种2.0：“杂交育种”
基于遗传学和统计学的建立，育种者通过杂交选育，将双亲的优良性状聚合在后代中。20世纪60年代的“绿色革命”期间，通过矮秆品种与高产品种的杂交，培育出高产矮秆品种，显著提高了水稻、小麦和玉米的产量，保障了粮食安全。
育种3.0：“分子育种”
DNA结构的发现开启了分子育种时代。通过辐射和化学诱变、转基因技术以及分子标记辅助育种，增加了遗传多样性并定向引入目标基因。抗虫棉花、抗除草剂大豆和抗白叶枯水稻等新品种的培育，有效提升了农业生产效率并减少病虫害损失。
育种4.0：“设计育种”
基于作物参考基因组、主效基因克隆与自然群体变异解析，明确农艺性状的分子机制，通过基因组合设计和全基因组选择，大幅提高育种效率和精确性。例如，新“绿色革命”基因IPA1的克隆与应用实现了矮秆杂交水稻的进一步增产，并协同改良高产与优质性状，解决了“优质不高产”的难题。
育种5.0：“智能作物的智能培育”
李家洋院士提出，“智能作物的智能培育”是未来育种5.0世代的特征与关键。这一概念包含两个核心内涵：
“智能品种”
智能品种是指能够自主应对环境变化的作物品种。这类品种可以根据外界环境的变化，启动相应的分子调控通路，从而实现以下目标：
- 抵抗生物胁迫以及未来气候变化带来的非生物胁迫
- 在不同发育阶段优化动态调整株型
- 提升光能、肥料、水等农业资源的利用效率
- 实现作物能量转化利用的动态调控
- 在生长与抗性之间实现协同优化
- 增加粮食产量
- 提高食物食味与营养品质
- 减少化肥农药等农业资源的使用
- 减少自然灾害损失
“智能培育”
智能培育是指发展与利用不断发展的前沿生物技术以及信息技术，实现BT与AI的融合。具体包括：
- 性状组、泛基因组、蛋白质修饰组等多组学研究
- 新型遗传资源创制与野生遗传资源挖掘利用
- 重要性状形成的分子机制与多性状协同调控的分子网络解析
- 利用新型传感器与信息技术建立大规模作物信息数据库
- 对作物发育过程进行建模
- 利用人工智能算法构建模型，实现对作物表型的精准预测
- 改造设计并创造新型蛋白质、基因调控元件、调控网络以及基因组合
- 将基因编辑、染色体工程、倍性技术、细胞器基因组编辑、快速育种技术、合成生物学、野生植物从头驯化、植物物质交互与操控等新技术与前四个世代的育种技术有机结合
实现育种5.0的挑战与建议
要真正实现“智能品种智能培育”的设想，迈向育种5.0，仍需多方面的努力：
- 作物特异性研究：不同作物的生长发育及生产模式不同，育种需求也存在差异。需要针对性地开展研究。
- 长期科研支持：农业科学研究受限于作物的生长周期，科研周期较长。需要冷板凳精神、长期稳定支持和新型科研组织模式。
- 表型数据积累：作物表型数据获取周期长成本高，需要在不同地理位置和环境条件下开展研究。
- 跨领域合作：新的育种体系需要生物技术与信息技术融合，需要建立跨领域的合作模式与机制，培养复合型的新型种业人才和研究团队。
- 生物安全：生物技术日新月异，需要开辟生物安全实验区，建立完善的审定推广管理体系。
育种5.0的发展一定是与前四个世代的育种技术进行有机的组合和交融，从而高效培育出下一代“两增两减”优异新品种，保障世界粮食安全。
本文原文来自《科学通报》