8月11日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員許操帶領的智能育種攻關團隊在《細胞》（Cell）發表了題為Engineering crop flower morphology facilitates robotization of cross-pollination and speed breeding的研究論文。該研究將BT(生物技術)+AI(人工智能)深度融合，首次提出作物-機器人協同設計的“雙向奔赴”理念，通過基因編輯重新設計作物花型，快速精準創制“機器人友好”的結構型雄性不育系，運用深度學習和人工智能成功研制世界首臺可自動巡航雜交授粉的智能育種機器人“吉兒”GEAIR(Genome Editing combined with AI-based Robotics)，降低育種成本、縮短育種周期、提高育種效率。
雜交育種和制種的高成本和低效率是制約雜種優勢利用的重要瓶頸。以番茄為例，絕大部分商業種均為雜交種，但因柱頭內縮的閉合花型，全球番茄雜交育種和制種至今仍完全依賴人工進行雜交授粉，這項工作的人力成本已占番茄總育種成本的25%以上，僅人工去雄一項就占番茄雜交授粉成本的40%；隨著人口老齡化，雜交制種的人工成本逐年升高。此外，大豆等一些花型閉合的作物因雜交制種成本過高，至今仍無法利用雜種優勢。柱頭外露的結構型雄性不育系可免除上述操作，一直是雜交育種和制種夢寐以求的性狀。
許操帶領的智能育種攻關團隊另辟蹊徑，使用基因編輯靶向番茄花器官ABC模型基因中特異調控雄蕊發育的MADS-box基因GLO2，使原本閉合的雄蕊開裂而花粉敗育，柱頭無需伸長便可自然外露，成功創制結構型雄性不育系，且不影響雜交果實產量和種子質量，結束了番茄育種長期缺乏柱頭外露型雄性不育系的歷史，該技術擺脫了遺傳背景限制，具有普遍適用性。
許操與中國科學院自動化研究所副研究員楊明浩帶領的團隊合作，研發了智能授粉機器人“吉兒”并在商業化生產溫室穩定運行，柱頭識別準確率可達85.1%，每授粉一個花朵僅耗時15秒，單次巡航授粉實現了77.6% ± 9.4%的成功率，且機器人可全天候不間斷進行反復巡航自動雜交授粉以確保每朵花成功授粉坐果。“吉兒”機器人的零部件國產化自主率已達95%以上，極具應用前景。
研究人員進一步將“吉兒”與許操團隊2018年創建的“從頭馴化”育種技術以及“快速育種”技術結合，建立了智能育種工廠，使得近緣野生種的育種利用周期由原來的5年縮短為1年且節省人工，釋放了作物野生近緣種在提升栽培種抗逆和口感特性方面的育種潛力，可批量快速培育風味濃郁的口感番茄和抗逆豐產的優質番茄新種質。為突破雜交授粉成本過高導致大豆雜種優勢無法應用的難題，研究人員將“吉兒”系統應用于大豆，首次實現結構型大豆雄性不育系快速創制，使用該不育系可節省76.2%人工授粉操作時間，有望為突破大豆雜交育種難題和大幅提高單產，提供新一代智能育種技術和智能裝備。
該研究開辟了“BT筑基+AI賦能+機器人(Robot)勞作”的智能育種(BAR)模式，在生物育種范式革新和催生新質生產力方面展現了“AI for Science”的應用前景。
該研究得到農業農村部重大項目、中國科學院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金、北京市智能溫室蔬菜創新團隊項目等的資助。
作物花型重塑與AI機器人協同設計實現智能自動化雜交育種
本文鏈接：科學家發布機器人育種家“吉兒”系統http://www.sq15.cn/show-12-1593-0.html
聲明：本網站為非營利性網站，本網頁內容由互聯網博主自發貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權等問題請及時與本網聯系，我們將在第一時間刪除處理。
上一篇： 《支持學前教育發展資金管理辦法》修訂印發