浮出水面的“神农”重器

近日，国家作物表型组学研究重大科技基础设施（即“神农设施”）项目在武汉东湖科学城核心区光谷科学岛启动建设。

“这是农业领域众多科学家从‘十二五’到‘十四五’努力推动，终于实现构想的激动人心的时刻。‘神农设施’终于浮出水面，即将由蓝图变为现实。”该项目首席科学家、中国科学院院士杨维才说。

打造育种“加速器”

“作为植物最重要的性状，植物的表型研究过去长期以来没有什么进展，到本世纪初还处于非常原始的水平，单靠眼睛看，最多拿尺子量一量、天平称一称，这就是全部的手段。”中国科学院院士、华中农业大学教授张启发说。

张启发介绍，21世纪初产生了表型组学的概念，使得植物性状可以用组学的概念进行描述。经过10多年的努力，我国已经打造了作物表型组学技术平台，在水稻、油菜、玉米等作物中已经成功应用，对生命科学研究起到巨大的推动作用。

如何在此基础上全面攻克种质资源“卡脖子”难题，打赢种业翻身仗？

先进的“作战装备”极为关键。中国科学院遗传与发育生物学研究所（以下简称遗传发育所）作为农业生物领域的国家战略科技力量，联合农业领域的许多科学家，提出了建设农业领域高通量基因型-表型鉴定重大基础设施的构想。

“神农设施”由此应运而生。据介绍，“神农设施”可针对不同作物的株形、产量、抗旱性、抗寒性、抗虫性、耐盐性、养分利用、光合作用等重要性状和特征开展鉴定与分析，具备主要粮食作物和经济作物基因型与表型相关大数据的采集与解析能力，可支撑分子设计育种技术发展，将成为作物高效品种选育的“加速器”。

“‘神农设施’可以精准解析基因型-表型的关联，把作物的表型和数以万计的基因一 一对应起来，通过数字智能育种实现精准遗传操纵，使育种时间缩短一半。”杨维才说，传统育种通常需要7到8年培育一粒种子，而通过‘神农设施’育种则仅需3到4年。

大数据“导航”实现智能育种

“‘神农设施’将是全球最大的基因型-表型深度解析研究中心，通过对作物在可控环境条件下的标准种养和实时、精准、可重复的数据采集，应用大数据分析快速建立作物基因型与表型的关联性，使分子育种成为可能，推动生命科学和现代农业的跨越式发展。”中国科学院院士李家洋说。

项目总工程师陈凡表示，“神农设施”可以智能识别品种间的遗传差异、判断基因位点编辑的准确性，并通过智能大数据系统实现高通量解析，将作物表型和基因型深度关联，就像卫星导航系统一样，可以在大量基因数据中为育种路径提供快速“导航”，采用AI+BT+DT（人工智能+生物技术+大数据技术）实现种子的精准设计和智能制造。

据介绍，“神农设施”将以自主研发为主，装备自主化率达到90%以上，并利用我国在作物复杂性状解析、人工智能图像识别、生物大数据育种等方面的集成创新优势，促进高新技术在农业和生命科学领域的深度应用和交叉融合。

“我们将把装备的研发和科学问题的解决结合在一起，实现科学与工程方面的交叉创新，为人工智能育种5.0时代提供重要的科技支撑。”陈凡说。

以大科学工程催生“创新裂变”

作为“国之重器”，“神农设施”规划占地近800亩，其落地湖北是出于自然地理条件和人才基础等多方面的考量。

“‘神农设施’将填补我国农业领域重大设施的空白，促进现代农业转型升级，提升我国生命科学研究水平和国际竞争力。”项目总指挥、遗传发育所党委书记兼副所长邢雪荣对《中国科学报》说，“我们希望通过这一大科学工程建设推动区域科技创新中心建设，促进创新链、产业链、人才链深度融合，催生创新裂变，引领长江经济带生物育种产业的发展。”

杨维才表示，作为具有自主知识产权的高度智能化、自动化的大科学设施，可以预见，“神农设施”在建设过程中将面临诸多困难与挑战。他希望在先贤神农“心怀苍生、敢为人先”的精神鼓舞下，集聚科学、技术、工程、管理专家的智慧，攻坚克难、协同创新，为我国育种核心技术变革增加原动力。