光明日報北京11月6日電 記者楊舒從中國農(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)廣東省實驗室深圳分中心）獲悉，該所周永鋒團隊提出了一種利用人工智能進行葡萄育種的新方法，相比傳統(tǒng)方法，育種效率可提高4倍，大幅縮短葡萄育種周期。該研究有望實現(xiàn)葡萄的精準設(shè)計育種，加速葡萄品種創(chuàng)新，并為其他多年生作物育種提供方法參考。相關(guān)研究成果于11月4日發(fā)表在國際期刊《自然·遺傳學(xué)》上。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員周永鋒介紹，葡萄是多年生作物，種下一粒葡萄種子，從萌發(fā)到結(jié)出果實，大概需要3年。而想要培育出好的葡萄品種，需要更久。目前，育種界主要選擇的方法仍是雜交育種，這種方法往往需要經(jīng)過數(shù)十年的篩選，工作量極大，且由于葡萄基因組高度復(fù)雜，雜交后，后代的雜交效果往往并不理想。

21世紀以來，育種家提出分子育種，基于海量基因組的遺傳變異數(shù)據(jù)進行分析預(yù)測，以提高育種效率和精確度。其中，獲取全面、準確的作物基因組數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。

周永鋒團隊自2015年開始聚焦葡萄設(shè)計育種，并于2023年發(fā)布了首個葡萄完整參考基因組圖譜。隨后，該團隊又陸續(xù)進行測序、組裝，構(gòu)建了目前首個最全面、最準確的葡萄泛基因組。

為進一步弄清楚葡萄基因與性狀之間的關(guān)聯(lián)，周永鋒團隊從近萬份葡萄品種中選取了400多份有代表性的葡萄品種，連續(xù)3年對包括果穗大小、果皮顏色等在內(nèi)的29個農(nóng)藝性狀進行調(diào)查，構(gòu)建了葡萄基因型圖譜和性狀圖譜。在此基礎(chǔ)上，周永鋒團隊利用數(shù)量遺傳學(xué)分析，鑒定到148個與農(nóng)藝性狀顯著相關(guān)的基因位點，其中122個位點為首次發(fā)現(xiàn)。

面對以上葡萄基因組和性狀數(shù)據(jù)，周永鋒團隊引入人工智能中的機器學(xué)習(xí)技術(shù)，解析基因型與性狀數(shù)據(jù)間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，構(gòu)建了首個葡萄全基因組選擇模型。與雜交育種需要根據(jù)葡萄成熟后的表型作出判斷相比，這種全基因組測序育種模式在葡萄幼苗時期，就可以通過計算機軟件預(yù)測其成熟后的性狀。結(jié)果表明，結(jié)合了結(jié)構(gòu)變異信息的多基因評分預(yù)測模型，其預(yù)測準確率高達85%。

通過這一模型，育種專家可以快速準確地評估大量葡萄育種材料的遺傳潛力，從而更好地選擇優(yōu)良品種。同時，盡早剔除不符合條件的幼苗，減少了不必要的成本投入，大大提高葡萄的育種效率。目前，相關(guān)研究成果已申請獲批國家發(fā)明專利6項，已申請國際專利1項。