人工智能助力科学家培育出“理想”鹰嘴豆

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  • 研究人员已构建出最优鹰嘴豆品种模型,该模型可使作物产量提高多达12%。

  • 他们使用FastStack工具完成了这一工作,该工具将“人工智能与基因组预测技术相结合,以识别最有可能提升作物表现的基因组合”。

  • 由于全球对富含蛋白质的豆类作物的需求正在增长,这为澳大利亚农民向本地食品产业和出口市场供应产品提供了机遇。

  • 尽管将该模型应用于田间存在挑战,但“快速育种”等技术可以提供帮助。

研究人员借助人工智能开发出一种“理想”鹰嘴豆的基因模型,有望将作物产量提高多达12%。

研究人员对数千个鹰嘴豆品种进行了基因图谱绘制,随后利用这些信息,借助人工智能(AI)识别出最具价值的基因组合。

研究人员希望开发一种“单倍型”基因组预测作物育种策略,以提升种子重量这一性状的表现。

“大多数作物物种只有少数品种完成了测序,因此国际团队分析3000多个栽培和野生品种是一项艰巨的工作,”昆士兰大学教授本·海斯(Ben Hayes)表示。

该研究证实了鹰嘴豆起源于肥沃新月地带,并全面呈现了鹰嘴豆内部的遗传变异情况。

“我们发现了1582个新基因,并建立了鹰嘴豆的泛基因组,这将为培育具有更高产量、更强抗旱、耐热和抗病能力的优良鹰嘴豆品种奠定基础,”印度海得拉巴国际半干旱热带作物研究所的拉杰夫·瓦什尼(Rajeev Varshney)表示。瓦什尼是发表在《自然》》上的这篇论文的第一作者。

研究人员利用这些数据构建了具有完美基因特征的鹰嘴豆模型。Image: 《自然》

海斯表示,研究人员利用这些数据构建了在种子重量(一种与产量相关的性状)方面具有完美基因特征的鹰嘴豆模型。“这些额外的数据使我们模型预测的产量有所提高,该模型目前仍在进一步优化之中。”

“我们正在利用人工智能“FastStack”技术平台设计一种鹰嘴豆,使其具备实现最大种子重量的理想基因特征,我们认为这最终将成为鹰嘴豆育种者的一项宝贵工具。”

FastStack将人工智能与基因组预测技术相结合,以识别最有可能提升作物表现的基因组合。

就种植面积和产量而言,鹰嘴豆是澳大利亚仅次于羽扇豆的第二大豆类作物。在全球豆类作物中,鹰嘴豆的种植面积位居第二,产量位居第三。

昆士兰大学副教授、植物育种专家兼作物遗传学家李·希基(Lee Hickey)表示,全球对富含蛋白质的豆类作物的需求正在增长。

“提高澳大利亚鹰嘴豆的生产率,为我们的农民向本地食品产业和出口市场供应产品提供了机遇,”他表示。

“要在田间应用这一由人工智能生成的鹰嘴豆模型以提高种子重量,将面临挑战,因为为获得最优鹰嘴豆遗传特性,杂交育种需要经历多个世代,并且不同环境和管理措施对作物生长也会产生影响。

“但我们确实拥有快速育种等工具,可以加快这一进程,并使我们能够测试这些理论情景并将其付诸实践。”

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海斯表示,包括单倍型模型在内的新型基因组育种方法有望重新定义鹰嘴豆育种策略,以培育高产且营养丰富的鹰嘴豆品种。

鹰嘴豆是耕作系统中的重要轮作作物,因为它能够自我固定氮素,从而减少对氮肥的需求。

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