北京
近日，中国农业科学院作物科学研究所邱丽娟研究员团队在《科学通报》2026年第71卷第20期“生物与信息技术赋能现代农业绿色发展专辑”发表了题为“多组学融合与人工智能驱动的大豆智能设计育种的进展与展望”的评述文章。该文章紧扣“多组学性状解析→种质工程化创制→G×E智能预测→良种+良法+智慧装备落地”的全链条主线，系统综述了大豆BT+IT+AI融合的前沿进展，为大豆精准育种与绿色产能提升提供了系统的理论与技术支撑。
一、基因密码的精准破译：多维组学与表型组学的深度交汇
文章指出，大豆研究现已迈入多组学融合与AI挖掘的新阶段。2014年构建并解析的植物领域首个“野生大豆泛基因组”,阐析了大豆种内/种间结构变异和基因组演变特征,被Nature评为“近20年基因组领域的里程碑事件”,开启了真核生物泛基因组学研究的新篇章,推动植物基因组学从单一参考基因组研究,迈入群体水平的泛基因组学研究新阶段。近年来,随着图形化泛基因组、端粒到端粒(telomere-to-telomere, T2T)无间隙基因组组装技术的日趋成熟,作物基因组学研究正式进入多元参考基因组时代,实现了全物种遗传多样性的精准、全面挖掘。
泛基因组与调控网络解析：借助图形化泛基因组技术，研究人员成功鉴定出4.7万个高质量结构变异，挖掘出90%以上传统研究难以捕获的稀有功能基因。依托大豆多组学集成数据库（SoyOmics），复杂性状的多效基因挖掘取得显著突破。例如，GmSWEET10a被证实可协同调控籽粒大小、油脂与蛋白质积累；GmSop20基因则通过直接激活糖转运蛋白调控碳源分配，有效平衡了高油与高蛋白间的遗传负相关壁垒。
“空-地-室”一体化表型监测：为实现基因型与表型的精准关联，高通量传感技术与AI算法深度融合，构建了专用的三维立体表型监测网络。“空”—无人机平台获取大范围冠层动态，“地”—物联网与机器人穿透冠层追踪微气候与植株结构，“室”—依托高通量数字设备实现细胞生理与特定性状的精准量化。这一体系极大消除了人工鉴定误差，为复杂调控网络的系统解析提供了海量数据支撑。
二、种质资源的定向创制：AI赋能与底层递送技术的革新
在系统解析农艺性状调控网络的基础上，依托“设计-构建-测试-学习”（DBTL）闭环实现种质资源的定制化创制，是现代大豆育种的核心目标。
合成生物学与多重编辑系统：深度学习大模型能够处理海量多组学数据，预测非天然代谢途径的通量分配，辅助大豆光合固碳酶的理性设计及通路重构。在创制手段上，多重基因组编辑系统展现出巨大潜力。例如，利用自主知识产权的Cas12i3-5M系统，成功创制出无豆腥味、高油酸突变体；靶向敲除GmCKX3基因可同步提升大豆产量与含油量。
无组培转化与双单倍体技术：针对大豆转化严重依赖基因型且周期漫长的难题，基于RUBY可视化的大豆原位无组培遗传转化系统（ROTIS），利用萌发种子直接侵染，将转基因植株的获取周期大幅缩短至40-80天。此外，结合GmDMP1和GmDMP2等单倍体诱导基因的双单倍体技术，未来有望将大豆纯系的创制周期极限压缩至1-2年，实现优异靶点的高效纯合固定。
三、智能预测与智慧大田：G×E×M全要素协同优化
大豆对光温极为敏感，如何实现跨环境稳定性预测，是智能设计育种面临的关键挑战。
高精度表型预测：依托“中豆芯”系列等高通量分型平台和环境型鉴定（Envirotyping）技术，全基因组智能选配（WPICP）模型能够高效淘汰80%-90%的无效杂交组合。通过引入卷积神经网络（CNN）与长短期记忆网络（LSTM），模型有效捕捉了气象时序累积效应与非线性关联，大幅提升了跨生态区的预测精度。
数字孪生与智慧农艺闭环：优异种质潜力的挖掘与利用，依赖于“基因型-环境-管理措施（G×E×M）”的协同优化。文章描绘了未来智慧大田的蓝图：通过耦合DSSAT等生长模型构建大豆数字孪生系统，实时生成管理方案；在云端决策系统的指导下，智能农机装备实现变量施肥、绿色防控与高效作业，全面构建“良种+良法+智慧装备”的现代农业生产新范式。
四、总结与展望
全球大豆生物育种正处于范式重构的关键期。我国在大豆耐逆、共生固氮及智能工厂化育种领域已形成特色技术积累。面向未来气候变化与提升大豆产能的迫切需求，文章强调，未来大豆科研需重点突破生命科学大模型驱动的生成式智能设计、合成生物学对复杂代谢网络的系统重构，以及G×E×M的全要素协同优化，为我国大豆产业向绿色、智能、高效的高质量转型提供坚实的科学依据与技术支撑。
本文第一作者为在站博士后苏鑫，通讯作者为中国农业科学院作物科学研究所邱丽娟研究员。该项研究工作获得了中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（Y2026CG02）的资助。
文章信息
苏鑫，朱志锋，谷晓峰，等.多组学融合与人工智能驱动的大豆智能设计育种: 进展与展望. 科学通报, 2026, 71 (20): 4710-4722.
《科学通报》是中国科学院主管、中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的综合性中文学术期刊，致力于快速报道自然科学各学科基础理论和应用研究的最新研究动态、消息、进展, 点评研究动态和学科发展趋势。
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