雁栖湖应用数学研究院与北林大提出新模型助力植物精准育种迈向“个体化”

植物复杂性状遗传调控机制解析长期面临科学瓶颈。

尽管全基因组关联分析(GWAS)技术已广泛应用逾二十年,但其基于群体平均效应的分析范式存在根本性局限:一方面将基因视为孤立单元,忽视调控网络的系统性;另一方面抹平个体差异,难以满足现代农业对精准育种的迫切需求。

这种技术缺陷导致作物改良长期依赖经验筛选,制约着我国种业自主创新能力的提升。

针对这一世界性难题,邬荣领教授团队创新性融合功能作图与动态网络建模两大核心技术。

前者突破传统静态分析框架,通过嵌入逻辑斯蒂生长方程等生物数学模型,首次实现基因效应值的全程动态追踪;后者构建的idopNetworks模型具备四大突破性特征——全基因组覆盖、动态时序解析、有符号加权互作和个体化网络重构,犹如为每个生物体绘制专属的"基因调控导航图"。

在梅花生长机制的实证研究中,模型精准揭示快长树与慢长树的本质差异:前者基因网络存在85%的协同促进作用,后者则受62%的抑制效应主导。

更关键的是,研究证实通过靶向编辑负调控基因,可释放慢长树的潜在生长力。

这一发现颠覆了传统遗传改良思路,为定向设计育种提供理论依据。

该成果的实践价值已获学界高度认可。

中国农业科学院种质资源专家指出,该模型可系统解析产量、抗逆等30余种重要农艺性状的遗传基础,使育种周期缩短40%以上。

目前,研究团队正与先正达等领军企业合作,在水稻、玉米等主粮作物中开展应用验证。

值得关注的是,依托新成立的"复杂系统拓扑统计理论及应用北京市重点实验室",研究团队正将代数拓扑等数学前沿引入生命科学领域。

这种多学科深度融合的创新范式,不仅推动我国统计学科走向国际前沿,更为生物育种、精准医疗等战略领域储备关键技术。

这项研究成果的取得充分体现了基础理论研究与应用需求相结合的科学价值。

从还原论向系统论的转变,从群体分析向个体解析的突破,标志着我国在生物育种的理论基础研究上正在实现从跟踪向引领的转变。

在新时代农业科技创新的大背景下,这类交叉融合的科学突破将进一步加速我国种业自主创新的步伐,为保障国家粮食安全、推动农业高质量发展提供更加坚实的科学支撑。