AI育種，迎來“基因科學家”

“我們這些田間地頭的育種人，也用上AI科技了。”近日，“豐登”聯合研發團隊收到了廣西大學從事水稻分子育種的科研人員黃福鋼發來的感謝消息。

2024年4月，由上海人工智能實驗室、崖州灣國家實驗室、中國農業大學等科研單位組成的聯合研發團隊，發佈“豐登·種業大模型”。經過科研攻關，研究團隊在大模型的基礎上於今年7月推出生物育種領域的科研智能體——“豐登·基因科學家”，輔助科研人員探索和驗證未知的基因功能。

作物育種的關鍵在於通過基因組精準設計優化農藝性狀。自2005年水稻全基因組測序完成以來，多國投入大量資源致力於基因功能解析，但進展緩慢。傳統育種研究高度依賴專家經驗，從提出假設、設計實驗到驗證結論，往往需耗時數年，且成功率有限。

“這就像面對一本寫滿未知符號的天書，我們只能零星破譯幾個字符，育種效率難以提升。”崖州灣國家實驗室研究員、“豐登”項目聯合負責人楊帆説，育種歷史記錄數據、作物生物測序數據、農田環境數據和種養管理數據等關鍵數據事關育種成敗，“尤其是近年來極端氣候事件頻發，農田環境條件和作物生產模式已與過去大不相同，依靠人工經驗的育種成功率更加有限”。

如何讓AI學會像育種專家一樣思考？研究團隊用海量數據訓練智能體，使其具備精準識別基因與性狀的關係、“基因—性狀”關聯預測、育種實驗推理與設計的能力。水稻版本“豐登·種業大模型”自今年5月向全球開放以來，已有來自國際水稻研究所、印度中央水稻研究所等國際權威育種機構使用。

楊帆説，通過對基因功能的快速解析，育種科研人員可更精準地組合優良等位基因，實現定製化育種目標——既包括高產、抗病、抗逆等傳統性狀，也可涵蓋營養強化、風味改良等新需求。

“這不僅是在教AI育種知識，更是在傳授科學發現的方法。”上海人工智能實驗室研究員、“豐登”項目聯合負責人董楠卿表示，“我們要讓AI學會如何讀懂育種科學家的需求、找到匹配的基因，設計實驗、驗證結論，甚至自我糾錯。”

通過強化學習訓練，“豐登·基因科學家”逐步具備一定的“科研能力”。它能夠模擬專家推理過程，自動完成從提出假設、設計實驗到分析結果的完整流程。在驗證中，研究團隊選取了水稻、玉米的數十個未報道基因，除具體實驗操作外，關鍵科研決策由“豐登”向科研人員提供。

在水稻研究中，“豐登”發現了多個基因的新功能——有的通過調控植物激素影響株高，有的與光合效率密切相關；在玉米研究中，“豐登”精準預測出與株高、穗位等性狀相關的候選基因，與田間試驗結果高度一致。

“豐登·基因科學家”只是起點。研究團隊表示，下一步系統將持續融入更多作物數據、環境數據和育種知識，向覆蓋全物種、全流程的智慧育種平台演進。