北京团队提出全基因组互作网络模型,实现植物基因与性状变化可计算化预测

在生物育种领域,破解基因与复杂性状的调控关系长期被视为"遗传学圣杯"。

传统杂交育种需耗费数十年选育,而现代基因编辑技术又面临靶点筛选困难的挑战。

面对这一世界性难题,我国科研团队独辟蹊径,将数学理论与生命科学深度融合,开创出具有自主知识产权的解决方案。

研究团队负责人邬荣领教授介绍,其核心技术突破在于两大创新:一是继承发展了功能作图方法,二是创建了统计物理学网络模型idopNetworks。

这种"数学显微镜"能精准捕捉基因间的协同、抑制等动态互作关系,将传统遗传学中"黑箱式"的性状形成过程转化为可计算的网络模型。

以梅树快长与慢长品种对比为例,模型首次量化揭示:快长树基因网络中正向调控占比高达85%,而慢长树的关键生长基因则遭受显著抑制。

这项研究的实践价值已显现。

通过模型指导的基因编辑试验证实,敲除特定负调控因子可使慢长梅树生长速度提升40%以上。

相较于国际同类研究多局限于单一基因定位,我国模型实现了全基因组互作关系的系统解析,使育种效率产生质的飞跃。

北京市科学技术委员会相关负责人指出,该成果标志着我国在数量遗传学领域实现从"跟跑"到"领跑"的转变。

技术突破的背后,是跨学科协同创新的强大支撑。

作为北京市重点建设的新型研发机构,雁栖湖应用数学研究院打破学科壁垒,组建了涵盖数学、生物学、信息学的复合型团队。

邬荣领团队二十年磨一剑的基础理论积累,与我国在基因组测序、高性能计算等领域的技术进步形成共振,最终催生这项"从0到1"的原创成果。

业内专家认为,该模型的推广应用将产生深远影响。

在农业领域,可缩短林木育种周期至3-5年,为解决粮食安全、生态修复提供新工具;在医学领域,其网络分析方法为复杂疾病机理研究开辟新路径。

更值得关注的是,这套理论框架有望发展出具有中国特色的遗传学研究范式,推动我国在生物科技竞争中获得战略主动权。

从经验育种到精准设计,从漫长等待到数学预测,这项成果展现了基础学科交叉融合的强大生命力。

它不仅为我国种业振兴提供了理论武器,更彰显了我国科研工作者勇攀科技高峰、坚持原始创新的决心与能力。

随着该模型在更多物种和领域的推广应用,一个由数学驱动的精准育种新时代正在开启,这将为保障国家粮食安全、推动农业现代化作出重要贡献。