2022-10-27 10:06:20
“我們剛剛又完成了2000份玉米種質(zhì)資源的基因測(cè)序和數(shù)據(jù)分析工作，給這些種子建立了‘?dāng)?shù)字身份證’，今后的生物育種將更加精準(zhǔn)、高效?！?0月25日，在江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源綜合基因庫(kù)，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱江蘇省農(nóng)科院）種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)副研究員周玲說(shuō)著打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)。科技日?qǐng)?bào)記者看到這里面已經(jīng)儲(chǔ)存了近1萬(wàn)份種質(zhì)資源基因組測(cè)序分析數(shù)據(jù)。
2020年6月，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院在國(guó)內(nèi)率先搭建數(shù)字化育種平臺(tái)，開(kāi)展大規(guī)模種質(zhì)資源基因測(cè)序和數(shù)據(jù)分析，目前已完成2352份水稻、5082份玉米、1344份桃、366份草莓、473份辣椒等種質(zhì)資源的數(shù)字化存儲(chǔ)。
種業(yè)創(chuàng)新是農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的核心問(wèn)題，開(kāi)展種源“卡脖子”技術(shù)攻關(guān)，首先要把種質(zhì)資源保護(hù)利用好。
“目前，江蘇省農(nóng)作物種質(zhì)資源中期庫(kù)已收集保存農(nóng)作物種質(zhì)資源5.7萬(wàn)份，涵蓋54種作物，涉及14個(gè)植物科、56個(gè)屬和96個(gè)物種?！苯K省農(nóng)科院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所所長(zhǎng)趙涵介紹，其中水稻種質(zhì)資源15000余份、小麥種質(zhì)資源15000余份、玉米種質(zhì)資源6000余份，具有鮮明的地方特色，包括長(zhǎng)江中下游尤其是太湖流域的水稻地方品種、南方六省一市冬麥區(qū)的小麥地方品種、江蘇地方糯玉米品種。
當(dāng)前，以“新一代數(shù)字科技與生物技術(shù)深度融合”為特征的智慧育種時(shí)代正加速到來(lái)，中國(guó)種業(yè)發(fā)展面臨前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。構(gòu)建數(shù)字化育種平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)育種數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，已成為提升育種效能的主流趨勢(shì)和根本方法。
建設(shè)先進(jìn)的數(shù)字化種質(zhì)資源平臺(tái)是夯實(shí)種質(zhì)資源基礎(chǔ)的關(guān)鍵。今年2月，《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十四五”推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化規(guī)劃的通知》指出，要加強(qiáng)種質(zhì)資源保護(hù)，構(gòu)建種質(zhì)資源DNA分子指紋圖譜庫(kù)、特征庫(kù)和農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)。
趙涵說(shuō)，數(shù)字化育種平臺(tái)通過(guò)構(gòu)建高精度模型、結(jié)合基因編輯技術(shù)，能夠先預(yù)測(cè)育種，既省去田間播種試驗(yàn)的大量人力，又節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間、提高了科研效率。
“一株水稻的基因數(shù)據(jù)量可達(dá)400M左右，一個(gè)平常的64G閃存盤只能存儲(chǔ)十幾株水稻的基因組數(shù)據(jù)?！壁w涵介紹，生物基因組的數(shù)量十分龐大，建設(shè)數(shù)字化的種質(zhì)資源庫(kù)亟須海量存儲(chǔ)和高性能計(jì)算技術(shù)，才能為接下來(lái)的人工智能育種打下基礎(chǔ)。
“目前，數(shù)字化育種平臺(tái)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)已初步完成，主要由表型數(shù)據(jù)庫(kù)、基因型數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)計(jì)算和分析平臺(tái)3個(gè)模塊組成。”周玲介紹，一粒種子從實(shí)物變成基因數(shù)據(jù)并不容易：首先在田地里種下種子，長(zhǎng)大后從葉片中提取DNA進(jìn)行質(zhì)檢；第二步是送到實(shí)驗(yàn)室對(duì)樣品進(jìn)行處理和上機(jī)測(cè)序，獲得基因組上的小片段；最后再利用生物信息學(xué)軟件，將序列信息轉(zhuǎn)化為可靠的變異信息，再對(duì)變異的信息進(jìn)行判讀。
周玲解釋說(shuō)，每一種生物都有標(biāo)準(zhǔn)的參考基因組，只有進(jìn)行對(duì)比后才能判定檢測(cè)的種質(zhì)資源是否變異，這樣就能從基因組層面追溯種子來(lái)源，為種子建立一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的“數(shù)字身份證”。
目前，江蘇省農(nóng)科院與相關(guān)企業(yè)合作開(kāi)發(fā)的變異過(guò)濾軟件，一天可分析30—40個(gè)玉米品種，比傳統(tǒng)軟件分析速率提升約40倍。
“下一步，我們將聚焦個(gè)別優(yōu)勢(shì)種質(zhì)資源（例如水稻、草莓），根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)開(kāi)展具體實(shí)施和分工合作，完成平臺(tái)框架的搭建。”趙涵說(shuō)，未來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)建立完成后，結(jié)合數(shù)據(jù)分析與育種分子技術(shù)，將形成一個(gè)現(xiàn)代化的數(shù)字育種平臺(tái)。
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