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达摩院AI助力农业育种,遗传学分析加速1000倍

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“万里挑一”的田间育种,正在被AI加速。

过去,育种家是“看见什么就选择什么”。 育种家需要手捧田间育种本,“一支笔、一把尺、一杆秤、用牙咬、用眼瞪”,观察农作物状况,完成表型采集,再录入电脑。 通过漫长的时间,海量的数据对比,育种家才能在田间千万个植株中,选择各自最需要的那一株。

如今,在大数据与人工智能的加持下,育种家可以‘先预测再验证’,这将大大扩大育种规模,并提升品种选育的精准度和效率。

近日,全球植物科学顶尖期刊《分子植物》(Molecular Plant)刊载了中国科学家的最新研究,中国农业科学院作物科学研究所、国家南繁研究院与阿里达摩院联合研发出全流程智慧育种平台,实现了育种数据管理和分析、计算加速、AI预测亲本及优良品种的育种全流程整合。

该平台的数据容量、运行速度以及数据安全均达到世界先进水平,全球已有23家科研机构率先使用。

论文共同一作兼通讯作者李慧慧介绍说,种子是农业的“芯片”,对农业发展至关重要,但传统育种方式成本高、工作量大,往往需要耗时十年甚至更久。在AI等技术加持下,“智慧育种”可通过模拟作物生长气候、土壤及生长周期等信息,综合作物表型、基因型等数据建立模型,进而预测作物性状、筛选优异基因型,大幅缩短育种周期。

不过,智慧育种需要高通量数据分析,依赖庞大的计算和建模、复杂的操作,对育种家挑战很大。中国农业科学院作物科学研究所、国家南繁研究院与达摩院发挥出各自优势,融合生物技术和AI技术,合作开发出功能全面、操作界面友好的高通量计算平台,在网页端为育种家提供一站式、低门槛的服务。

具体而言,该平台整合了种质资源信息管理、育种试验设计与模拟、海量育种组学数据存储、高通量数据分析以及智能育种决策等模块,支持大规模组学信息、表型信息数据的整合利用与深度挖掘。数据显示,该平台已被全球23家科研机构用于育种研究,包括中国水稻研究所、中国科学院遗传与发育生物学研究所、国际畜牧研究所、荷兰瓦格宁根大学等。

为加速育种决策运算,智慧育种平台引入多种大数据计算、人工智能模型、自动化处理模块。 论文通讯作者、达摩院智慧育种科学家顾斐介绍,平台实现针对基因测序数据的变异位点计算加速110倍,基因型过滤加速25倍以上,群体遗传学分析加速1000倍以上。 针对全基因组选择算法,平台的准确率平均提升15%以上,预测稳定性提升5%。 此外,该平台数据存储容量达1PB,可支持上百个用户同时开展高效的育种大数据管理、调度和分析。

农业科技一直是阿里巴巴重点关注的领域。2021年6月,阿里巴巴公益基金会、达摩院与中国农业科学院作物科学研究所等多家单位签约合作,共同启动建设智慧育种平台。

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