記者從中國(guó)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(shí)驗(yàn)室深圳分中心）獲悉，該所周永鋒團(tuán)隊(duì)提出了一種利用人工智能進(jìn)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(shí)現(xiàn)葡萄的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)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(guó)際期刊《自然·遺傳學(xué)》上。

中國(guó)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(shí)，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(guò)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(jì)以來(lái)，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(jìn)行分析預(yù)測(cè)，以提高育種效率和精確度。其中，獲取全面、準(zhǔn)確的作物基因組數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。

周永鋒團(tuán)隊(duì)自2015年開(kāi)始聚焦葡萄設(shè)計(jì)育種，并于2023年發(fā)布了首個(gè)葡萄完整參考基因組圖譜。隨后，該團(tuán)隊(duì)又陸續(xù)進(jìn)行測(cè)序、組裝，構(gòu)建了目前首個(gè)最全面、最準(zhǔn)確的葡萄泛基因組。

為進(jìn)一步弄清楚葡萄基因與性狀之間的關(guān)聯(lián)，周永鋒團(tuán)隊(duì)從近萬(wàn)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(duì)包括果穗大小、果皮顏色等在內(nèi)的29個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)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(tuán)隊(duì)利用數(shù)量遺傳學(xué)分析，鑒定到148個(gè)與農(nóng)藝性狀顯著相關(guān)的基因位點(diǎn)，其中122個(gè)位點(diǎn)為首次發(fā)現(xiàn)。

面對(duì)以上葡萄基因組和性狀數(shù)據(jù)，周永鋒團(tuán)隊(duì)引入人工智能中的機(jī)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(gè)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(cè)序育種模式在葡萄幼苗時(shí)期，就可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件預(yù)測(cè)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(píng)分預(yù)測(cè)模型，其預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率高達(dá)85%。

通過(guò)這一模型，育種專家可以快速準(zhǔn)確地評(píng)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(shí)，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(qǐng)獲批國(guó)家發(fā)明專利6項(xiàng)，已申請(qǐng)國(guó)際專利1項(xiàng)。

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