长期以来,人类对地球植物世界的认识存在巨大空白;自2000年拟南芥基因组发布以来,26年间超过99%的陆地植物仍缺乏高质量的参考基因组。该现状严重制约了人类对植物多样性、适应性和功能潜力的理解,也限制了对应的科学研究和应用开发的进展。,由中国农业科学院深圳农业基因组研究所主导,中国植物学会、北京大学等机构共同参与的"植物星球计划"于2月11日在北京正式启动。 该计划的核心目标是通过对缺乏参考基因组的植物进行系统采样,借助系统发育基因组学方法,构建一个高分辨率、时间校准的完整陆地植物系统发育树。这一"植物生命之树"将厘清所有主要植物类群之间的亲缘关系与分化时间,揭示植物在4.7亿年进化历程中的生命基本法则。通过追溯植物进化史上的关键节点,科学家们可以揭示植物进化中共有和特有性状的遗传基础,填补长期存在的基因组数据空白。 "植物星球计划"采取五大策略全面推进植物科学研究。首先,构建覆盖主要植物分支的基因组图谱,揭示植物多样性形成与演化的遗传规律。其次,运用系统基因组学和群体基因组学相结合的方法,精准定位作物育种关键位点。第三,利用基因组数据评估物种遗传多样性及灭绝风险,为生物多样性保护提供科学依据。第四,系统性挖掘植物合成天然产物的遗传密码,加速创新药物发现。第五,引入人工智能算法,破译植物基因组的分子序列规律,推动生命科学研究范式的转变。 面对数万个基因组产生的海量数据,传统的人工处理方式已难以应对。"植物星球计划"创新性地引入人工智能技术,让机器学习算法通过分析数以万计的不同植物基因组,学习识别DNA序列中保守的"语法"规则、调控元件的组织逻辑以及功能模块的编码模式。这一做法类似于自然语言处理模型通过学习海量文本掌握语法和语义的原理,使科研人员能够更高效地破译植物的"共同语言"。 该计划的应用价值显著。在气候变化和生态环境恶化的当下,许多植物物种正在加速消失。通过分析基因组中的遗传多样性等指标,可以比传统野外监测更高效地识别濒临灭绝的物种,精准评估其濒危状况,为生物多样性保护决策提供支撑。同时,通过挖掘植物中抗病、抗旱、耐盐等关键基因,有助于培育具有气候韧性的"未来作物",在全球粮食安全面临挑战的时代意义重大。此外,系统性的植物基因组数据库还将为新药发现、可持续发展等领域提供科学基础。
从一株植物的基因序列到跨越亿万年演化的"生命之树",科学工作所连接的是对自然规律的深入理解,也是对现实挑战的主动回应。系统解码陆地植物遗传密码、形成可共享可验证的数据与方法体系,将为农业稳产增效、生态修复与健康产业提供更坚实的知识基础,也为人类与自然和谐共生提供更可持续的路径。