点击右上角
微信好友
朋友圈
请使用浏览器分享功能进行分享
提速近10倍！基于深度学习的全基因组选择新方法来了******
近日，中国农业科学院作物科学研究所、三亚南繁研究院大数据智能设计育种创新团队联合多家单位提出利用植物海量多组学数据进行全基因组预测的深度学习方法, 可以实现育种大数据的高效整合与利用，将助力深度学习在全基因组选择中的应用，为智能设计育种及平台构建提供有效工具。相关研究成果发表在《分子植物（Molecular Plant）》上。
全基因组选择作为新一代育种技术，通过构建预测模型，根据基因组估计育种值进行早期个体的预测和选择，从而缩短育种世代间隔，加快育种进程，节约成本，推动现代育种向精准化和高效化方向发展。
统计模型作为全基因组选择的核心，极大地影响了全基因组预测的准确度和效率。传统预测方法基于线性回归模型，难以捕捉基因型和表型间的复杂关系。
相较于传统模型，非线性模型（如深度网络神经）具备分析复杂非加性效应的能力，人工智能和深度学习算法为解决大数据分析和高性能并行运算等难题提供了新的契机，深度学习算法的优化将会提高全基因组选择的预测能力。
该研究团队以玉米、小麦和番茄3种作物的4种不同维度的群体数据为测试材料，通过创新深度学习算法框架开发了全基因组选择新方法。
与其他五种主流预测方法相比，该方法有以下优点： 可以利用多组学数据开展全基因组预测；算法设计中包含批归一化层、回调函数和校正线性激活函数等结构，可以有效降低模型错误率，提高运行速度；预测精度稳健，在小型数据集上的表现与目前主流预测模型相当，在大规模数据集上预测优势更加明显；计算时间与传统方法相近，比已有深度学习方法提速近10倍；超参数调整对用户更加友好。
该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、海南崖州湾种子实验室和中国农业科学院科技创新工程等项目的支持。
学术支持
中国农业科学院作物科学研究所
记者
宋雅娟
探访在种业科研和创业热土中成长的三亚“南繁硅谷”******
(二十大时光)探访在种业科研和创业热土中成长的三亚“南繁硅谷”
中新网三亚10月23日电 题：探访在种业科研和创业热土中成长的三亚“南繁硅谷”
记者 王晓斌 李宇凡
晚秋的三亚，午间阳光依然炙热。在崖州区坝头南繁基地，由太阳能电池板提供能源，生态监测系统、物联网虫情信息采集系统不间断工作。
三亚崖州区坝头南繁基地田间地头的仪器设备林立。 王晓斌 摄当地村民口中，坝头南繁基地有一个简短的名字——“三千斤”。上周，“三千斤”迎来又一次测产，晚造水稻平均亩产671.6公斤。加上早造水稻平均亩产910.0公斤，双季稻亩产超过了1500公斤。
彭军在崖州湾科技城的实验室里工作。为了提高利用率，科技城搭建了一个大型仪器设备共享平台。 王晓斌 摄“‘水稻双季亩产三千斤’是袁隆平院士生前力推的项目，目的是通过可推广的技术措施，挖掘和展现水稻的高产潜能。”海南大学三亚南繁研究院常务副院长杨小锋说，基地连续两年达成双季亩产三千斤目标，意味着袁老生前安排的最后一个实验项目圆满完成。
“除了开展‘三千斤’项目，基地还为中国农业大学(下称“中国农大”)、南京农业大学等十多家科研单位提供服务。他们每年入秋来这里开展水稻、玉米、大豆、牧草等南繁工作。”杨小锋说，水稻收割完成后，“三千斤”将为冬春季节的南繁育种做准备。
隆平生物研发的“隆平”系列产品与其他品种的对照。 王晓斌 摄海南冬春时节的光热条件适合农作物加代育种。每年全国各地秋收后，近30个省份800多家科研院所、高校及企业的数以万计农业科技专家，来海南从事南繁育种制种工作。南繁基地由此被称为中国新品种选育的“孵化器”和“加速器”，保障农业生产用种的“调节库”和种子质量天然的“鉴定室”。
“山东秋收完来三亚下种，到来年4月收获两季后，再回到山东继续播种。”邓伟强是登海种业南繁“打前站”工作负责人。今年因为三亚降雨等因素，玉米播种延迟，为抢回时间，邓伟强和同事们用“洗苗”的方式，将五、六百个品种的玉米秧苗“洗”到了苗床。
10月北方一些地区玉米秋收时，海南三亚南繁地里的玉米处于苗期阶段。 王晓斌 摄几十年候鸟般的南繁工作，邓伟强等南繁人积累了充分的经验来应对台风、旱涝、寒潮等天气状况，也亲历南繁生活条件、育种方法的巨大改变。“早年翻地整地找不到车，我们从山东托运几台农机车来。现在一个电话，立马人车就到地里。”邓伟强说，过去靠扩大面积多种材料来选育良种，现在团队利用玉米单倍体育种、分子标记辅助育种等技术手段，大大提升了育种效率。
近年来，乘着自由贸易港建设东风，围绕粮食稳产高产、种业突破创新，海南加快南繁科研配套服务区建设，构建集科研、生产、销售、科技交流、成果转化为一体服务全国的“育繁推服”种业全链条。
为抢回降雨等因素延误的时间，海南三亚，南繁人用“洗苗”的方式，将玉米秧苗“洗”到了苗床。 王晓斌 摄以海南自贸港重点园区三亚崖州湾科技城为核心，“南繁硅谷”在海南轮廓初现。
当前，中国种业由表型选择时代朝分子育种时代、设计育种时代迈进，崖州湾科技城诞生的首批企业隆平生物技术(海南)有限公司(简称“隆平生物”)争做领军者。
三亚崖州区坝头南繁基地，收割完水稻后，这片田地将为新一轮冬春南繁季做准备。 王晓斌 摄“我们使用手机时，手指划划点点很简单，背后的芯片设计制造却是极为复杂。现代育种手段也是一样。”隆平生物总经理吕玉平介绍，秉承袁老“奋斗不息，创新不止”的教诲，该公司聚焦玉米、大豆等主要农作物，进行精准生物育种及植物合成生物学产品研发。目前已建成分子生物学、遗传转化、性状分析及一年四代回交等研发技术平台。
借助自建的研发平台，该公司在玉米生物育种等方面取得诸多进展，获得了20余项专利。“我们的技术突破瓶颈在国际上处于领先梯队。”吕玉平说，市场对此报以认可，“从三年前的一千万元初始创业资金开始，公司完成多轮融资，引进了多个战略股东，目前估值逾30亿元。”
隆平生物的一间实验室里，科研人员在头顶的白板上画了一对兔耳，使严肃的科研工作变得俏皮而温馨。 王晓斌 摄崖州湾科技城成为种业科研和创业的热土。以隆平生物为代表，三年来从无到有、从少到多，目前有300多家农业企业入驻园区。同步纷纷入驻的涉农科研院所和高校，为企业提供了亟需的人才和科技支撑。
从候鸟般开展南繁工作到常驻三亚，中国农业科学院国家南繁研究院院长、海南省崖州湾种子实验室副主任彭军见证并参与该院两年多来的实体化建设，成果包括农业农村部基因编辑创新利用重点实验室(海南)揭牌成立，国家野生稻种质资源圃一期基本建成，中国农科院南繁研究院“作物表型组学研究”“野生作物种质资源保护与利用”等9个创新团队入驻。
建设中的三亚崖州湾科技城(摄于2022年4月)。 吕超 摄“二十大报告中指出‘全方位夯实粮食安全根基’‘确保中国人的饭碗牢牢端在自己手中’。作为一名农业科技工作者，我感到莫大的鼓舞和鞭策。”彭军说，二十大报告提出，加快实施创新驱动发展战略，这正是崖州湾科研工作者努力的方向。
朝着这个方向，海南省协同全国20家科研院所、高校和企业，在崖州湾科技城搭建种子实验室，协同攻关种业的关键核心技术。目前，有26个院士团队落地科技城开展科研工作，园区在培硕、博研究生2千多名。
中国农大三亚研究院博士孙茜是其中之一。在今年6月举办的2022年首届“崖州湾杯”科技创新大赛上，孙茜带领一个跨学校、跨专业、跨研究领域的团队，凭借“基因工程改造玉米蛋白质”项目夺得大赛一等奖。孙茜表示，团队获奖离不开该院引导资金项目和崖州湾种子实验室“揭榜挂帅”项目的资金支持，离不开崖州湾科技城提供先进的实验设备和良好的实验环境。(完)
（文图：赵筱尘 巫邓炎） [责编：天天中] 阅读剩余全文（）  视觉焦点
彩神ap地图 |
)