“AI育种科学家”自主发现数十基因新功能，田间试验证实“靠谱”

日前，上海人工智能实验室联合崖州湾国家实验室和中国农业大学等单位，推出生物育种领域首个自主科学发现系统“丰登·基因科学家”。该系统基于首个种业大模型“丰登”研发，能模拟分子生物学家自主开展作物基因功能研究。在它的辅助下，科研人员在主粮作物中成功发现了数十个此前未被报道的基因功能，并获得实验证实。

“丰登·基因科学家”的诞生，填补了我国在生物育种领域自主科学发现系统的技术空白，有望提高作物分子设计育种效率，缩短育种周期，提升作物品质，为我国种业创新提供有力支撑。

作物育种的核心是精准改造基因组以优化农艺性状，这需要系统理解基因与性状的关系。然而，传统基因功能研究高度依赖专家经验，周期长且效率低。以水稻育种为例，自2005年全基因组测序完成以来，全球已投入大量资金用于其基因功能研究。但根据“丰登”大语言模型对全球文献的系统分析，目前仍有约90%的水稻基因功能尚未明确。而玉米、大豆等主要作物的未知功能基因比例更高。

图源上海人工智能实验室

如何高效破译从基因到性状的“黑盒”？联合团队基于“丰登”大语言模型研发了可进行自主科学发现的科研智能体“丰登·基因科学家”。为帮助这位AI科学家快速学习，研发团队绘制了两套全新“思维导图”：一套是基于全球学术论文、专业著作和实验数据的“基因-性状-环境”三维知识图谱；另一套则是包含30万条“假设-实验-结论”推理链的科研路径图谱——据此，不光告诉AI科学家基因与性状、基因与环境之间的关系，还把人类科学家预测推理作物基因功能的方法传授给它。

通过强化学习，“丰登·基因科学家”可模拟专家推理过程，自动完成从提出假设到设计实验、再到分析结果的完整科研流程，由此构建高效、可扩展的基因功能发现体系。

这位“学有所成”的AI科学家究竟靠不靠谱？研究团队选取了水稻、玉米等数十个未报道的功能基因，除具体实验操作外，知识归纳总结、性状关联预测、研究方案设计及路线规划等科研决策环节均由智能体完成。测试结果显示，“丰登·基因科学家”在知识整合、功能推断与实验设计等环节表现突出，多项量化指标优于国际主流OpenManus智能体与DeepSeek-R1语言模型。

在水稻研究中，科研人员依据“丰登·基因科学家”设计的多轮实验方案开展实验，发现了多个基因的新功能。比如，有基因可通过调控植物激素平衡影响株高，另有多个基因与光合效率密切相关。在玉米研究中，智能体精准预测出多个与株高、穗位等关键农艺性状紧密相关的候选基因，相关结论与连续三年独立开展的田间试验结果高度一致。