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当田间育种邂逅AI：“丰登”开启智慧育种新纪元

“我们这些整日扎根田间地头的育种人，如今也搭上了AI科技的快车！”近日，“丰登”联合研发团队收到了广西大学从事水稻分子育种研究的科研人员黄福钢发来的感谢信息，字里行间满是兴奋与感慨。

2024年4月，一个由上海人工智能实验室、崖州湾国家实验室、中国农业大学等多家顶尖科研单位强强联合组成的研发团队，重磅发布了“丰登·种业大模型”。经过科研人员夜以继日的攻关钻研，今年7月，基于该大模型，生物育种领域迎来了一位特殊的“科研伙伴”——科研智能体“丰登·基因科学家”。它的诞生，旨在为科研人员探索和验证未知基因功能提供强大助力，成为推动育种科研进步的新引擎。

作物育种的核心在于借助基因组的精准设计，对农艺性状进行优化升级。自2005年水稻全基因组测序圆满完成以来，世界各国纷纷投入大量的人力、物力和财力，致力于基因功能的深度解析。然而，这一过程犹如在迷雾中摸索前行，进展十分缓慢。传统育种研究过度依赖专家的经验积累，从提出科学假设、精心设计实验，到严谨验证结论，整个流程往往需要耗费数年时间，而且成功率并不尽如人意。

崖州湾国家实验室研究员、“丰登”项目联合负责人杨帆形象地比喻道：“这就像面对一本写满神秘未知符号的天书，我们只能艰难地破译其中寥寥几个字符，育种效率的提升举步维艰。”育种的成功与否，关键在于对各类数据的精准把握。育种历史记录数据、作物生物测序数据、农田环境数据以及种养管理数据等，每一种数据都如同拼图的一块，缺一不可。尤其是近年来，极端气候事件频繁发生，农田环境条件和作物生产模式与过去相比已发生了翻天覆地的变化，单纯依靠人工经验的育种方式，成功率更是大打折扣。

那么，如何让AI学会像经验丰富的育种专家一样思考呢？研究团队开启了一场大胆而富有挑战性的探索。他们运用海量的数据对智能体进行训练，赋予其精准识别基因与性状之间微妙关系的能力，使其能够进行“基因—性状”关联预测，还能进行育种实验的推理与设计。今年5月，水稻版本的“丰登·种业大模型”面向全球开放，犹如一颗投入平静湖面的石子，在国际育种界激起了层层涟漪。国际水稻研究所、印度中央水稻研究所等国际权威育种机构纷纷使用，对其赞不绝口。

杨帆介绍说，通过对基因功能的快速解析，育种科研人员能够更加精准地组合优良等位基因，实现定制化的育种目标。这些目标不仅涵盖了高产、抗病、抗逆等传统育种追求的性状，还拓展到了营养强化、风味改良等满足人们日益多样化需求的新领域。

上海人工智能实验室研究员、“丰登”项目联合负责人董楠卿表示：“这不仅仅是在向AI传授育种知识，更是在传授科学发现的方法。我们要让AI学会读懂育种科学家的需求，精准找到与之匹配的基因，自主设计实验、严谨验证结论，甚至能够自我纠错，不断提升科研能力。”

通过强化学习训练，“丰登·基因科学家”逐渐具备了一定的“科研能力”。它能够模拟专家的推理过程，自动完成从提出假设、设计实验到分析结果的完整科研流程。在验证阶段，研究团队精心选取了水稻、玉米的数十个尚未被报道的基因进行测试。除具体实验操作仍由科研人员完成外，关键的科研决策均由“丰登”为科研人员提供参考。

在水稻研究领域，“丰登”展现出了强大的实力，发现了多个基因的新功能。有的基因通过调控植物激素来影响水稻的株高，有的基因则与光合效率密切相关，为水稻的高产优质培育提供了新的思路。在玉米研究方面，“丰登”精准预测出了与株高、穗位等重要性状相关的候选基因，其预测结果与田间试验结果高度一致，充分证明了其可靠性和准确性。

“丰登·基因科学家”的诞生只是一个崭新的起点。研究团队表示，未来系统将持续融入更多作物数据、环境数据和育种知识，不断进化升级，朝着覆盖全物种、全流程的智慧育种平台大步迈进，为全球农业育种事业带来新的变革和希望。

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