原標(biāo)題：為陸地植物繪制完整生命圖譜
近期，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所聯(lián)合中國(guó)植物學(xué)會(huì)、北京大學(xué)等國(guó)內(nèi)外49家單位，共同發(fā)起“植物星球計(jì)劃”。該計(jì)劃旨在系統(tǒng)解析陸地植物基因組、繪制進(jìn)化全景圖，以應(yīng)對(duì)糧食安全、生物多樣性保護(hù)、新藥發(fā)現(xiàn)和可持續(xù)發(fā)展等全球性挑戰(zhàn)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上約有45萬(wàn)個(gè)陸地植物物種，它們是全球生態(tài)系統(tǒng)和人類文明的根基。然而，在氣候變化和生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化的背景下，約45%的陸地植物正面臨滅絕風(fēng)險(xiǎn)。
“過(guò)去100年間，每年約有3種陸地植物物種從地球上消失，超過(guò)自然消亡速度的500倍?！薄爸参镄乔蛴?jì)劃”主要負(fù)責(zé)人之一、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王麗說(shuō)。傳統(tǒng)的保護(hù)措施常受限于表型數(shù)據(jù)的匱乏和采集難度，而“植物星球計(jì)劃”通過(guò)分析基因組中的遺傳多樣性等指標(biāo)，可以比傳統(tǒng)野外監(jiān)測(cè)更高效地識(shí)別出那些遺傳基礎(chǔ)脆弱、瀕臨滅絕的物種，從而精準(zhǔn)評(píng)估植物瀕危狀況，為生物多樣性評(píng)估、穩(wěn)健保護(hù)決策的制定等提供理論依據(jù)。
王麗介紹，該計(jì)劃從2026年啟動(dòng)，至2036年完成，將用10年時(shí)間構(gòu)建一個(gè)包含數(shù)十萬(wàn)種陸地植物參考基因組的數(shù)字化生物信息庫(kù)，并借助人工智能解讀基因組復(fù)雜性和多樣性的全貌，厘清所有主要植物類群之間的親緣關(guān)系與分化時(shí)間，為植物繪制完整“生命圖譜”。
“這不僅是一項(xiàng)科學(xué)成就，更是一個(gè)面向未來(lái)的戰(zhàn)略性資源庫(kù)?！敝袊?guó)科學(xué)院院士楊煥明認(rèn)為，該計(jì)劃將在物種消失前永久保存其完整遺傳藍(lán)圖，作為物種保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)與可持續(xù)利用的“數(shù)字方舟”，即便物種失去實(shí)體，也能保留從基因?qū)用嬲J(rèn)識(shí)乃至未來(lái)復(fù)原其功能的希望。同時(shí)，該計(jì)劃將賦能智能育種，培育適應(yīng)氣候變化、資源投入更少的未來(lái)作物，為全球糧食安全構(gòu)建堅(jiān)實(shí)的遺傳基礎(chǔ)。
當(dāng)科學(xué)家掌握了植物的關(guān)鍵基因組數(shù)據(jù)，如何處理、利用好這些海量數(shù)據(jù)，成為“植物星球計(jì)劃”面臨的另一大難題。
“面對(duì)如此繁雜的數(shù)據(jù)，人工是很難處理的。”王麗說(shuō)，該計(jì)劃引入人工智能算法和模型，讓AI學(xué)習(xí)并破譯植物的“共同語(yǔ)言”。與自然語(yǔ)言處理模型通過(guò)學(xué)習(xí)海量文本掌握語(yǔ)法和語(yǔ)義類似，基因組語(yǔ)言基礎(chǔ)模型將通過(guò)分析數(shù)以萬(wàn)計(jì)的不同植物基因組，學(xué)習(xí)識(shí)別DNA序列中保守的“語(yǔ)法”規(guī)則、調(diào)控元件的組織邏輯以及功能模塊的編碼模式?！爸挥衅谱g了植物的‘共同語(yǔ)言’，才能知曉植物在4.7億年進(jìn)化歷程中的生命基本法則?！蓖觖愓f(shuō)。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授、生物信息技術(shù)研究院院長(zhǎng)王亞?wèn)|認(rèn)為，當(dāng)前AI在植物科學(xué)和人類遺傳研究中面臨的核心挑戰(zhàn)，是性能受限于數(shù)據(jù)質(zhì)量與規(guī)模。因此，通過(guò)工程化手段獲取大規(guī)模、高精度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠提升大模型對(duì)生物功能預(yù)測(cè)及未知功能區(qū)識(shí)別的準(zhǔn)確性。
“植物星球計(jì)劃”是由中國(guó)科學(xué)家發(fā)起并主導(dǎo)的國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃。目前，來(lái)自15個(gè)國(guó)家、49家單位的科學(xué)家已匯聚一堂，共同推進(jìn)這項(xiàng)計(jì)劃。
王麗介紹，該計(jì)劃將2036年設(shè)定為完成節(jié)點(diǎn)，意在紀(jì)念達(dá)爾文“小獵犬號(hào)”環(huán)球航行歸航200周年，聯(lián)盟擬重走“小獵犬號(hào)”航線，在途中同步開展野外調(diào)查、學(xué)術(shù)研討與著作撰寫工作。同時(shí)，該計(jì)劃還將與全球100家實(shí)驗(yàn)室開展合作，培訓(xùn)1000名科學(xué)家，產(chǎn)出陸地植物基因組的“共同語(yǔ)言”，且計(jì)劃全程強(qiáng)調(diào)避免重復(fù)研究、實(shí)現(xiàn)資源互補(bǔ)與經(jīng)驗(yàn)共享。
中國(guó)科學(xué)院院士種康認(rèn)為，中國(guó)作為全球植物多樣性最豐富的國(guó)家之一，擁有深厚的標(biāo)本資源積累和堅(jiān)實(shí)的人才儲(chǔ)備，在植物科學(xué)領(lǐng)域已從學(xué)習(xí)追趕階段穩(wěn)步邁向并行乃至引領(lǐng)階段。深度參與并共同發(fā)起“植物星球計(jì)劃”，將有助于構(gòu)建包容的全球植物科技共同體，推動(dòng)基礎(chǔ)研究、生物多樣性保護(hù)、作物改良與新藥研發(fā)等領(lǐng)域的范式創(chuàng)新。
種康表示，“植物星球計(jì)劃”所倡導(dǎo)的開放、公平、合作、專業(yè)精神，與中國(guó)一貫堅(jiān)持的國(guó)際合作理念高度契合。該計(jì)劃將特別注重支持各個(gè)國(guó)家，尤其是全球南方國(guó)家的研究能力建設(shè)，促進(jìn)技術(shù)、技能和人才的公平培養(yǎng)，助力構(gòu)建更加公平包容的全球植物科技共同體。