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强“种业芯片”,书“南繁华章”

来源:  发布时间:2023-04-11

——记海南大学热带作物学院副院长夏志强

周晴晴

 

海南大地,炽热的阳光洒落在南繁育种基地的田埂上,万物生机勃勃。田地间、实验室里,多见身着工作服、忙碌不停的南繁科研育种工作者,他们的目光专注而热切,聚焦于每一轮的攻关实验,力求使成百上千种粮食作物在南海之滨的沃土中茁壮成长。

扎根海南十余年,夏志强及其带领的热带作物基因组大数据育种团队的日常工作在很多人看来繁复而枯燥——每天都要进行大量的数据处理和采样测序工作等,但他与同仁却乐此不疲,斗志激昂地奋战在让“金种子”变成“金饭碗”的科研第一线。这是他在大学时逐渐萌生的梦想,也得益于恩师王文泉教授的指引,“事实上,我最初对计算机专业情有独钟,但2001年却阴差阳错地进入了生物技术专业,多亏王教授给我参与分子育种实验的宝贵机会,让我得以发挥生物类专业的学术背景,并与自己的兴趣方向相结合,逐渐踏上这条人工智能大数据与农业研究的结合之路”。

2010年,夏志强开始认识到阻碍我国育种成苗技术进一步发展的瓶颈问题——大群体测序的成本始终居高不下。为解决这一难题,他翻阅了大量文献,却始终没能找到想要的答案。“既然无前人经验可考,就要努力开展自主创新。”但迢迢路远,谈何容易。于是,他只得一路前行,步履不停,十年磨剑终成器——2020年,依托于“常规育种+现代生物技术育种+信息化育种”的“4.0时代”背景,他与团队开发出了先进的“Hyper-seq测序”新技术。据夏志强介绍,这一技术仅需进行一轮聚合酶链式反应(PCR),便能完成构建测序文库,实现大量样品同时建库,并产出海量基因型大数据,通过人工智能算法,能够将低成本快速产生的上千万分子标记与性状数据进行有效的模型拟合,精确预测物种性状。这是目前基因分型方法中相对简便且成本较低的测序技术,也是解决育种“卡脖子”关键问题的高效方法之一。

截至目前,夏志强团队已在基因组水平上率先完成了首个木薯、百香果、象草、芭蕉芋、美人蕉的精细基因组,并相继解析了超2万份的热带物种资源群体基因型,为我国种业的组学技术创新奠定了基础。不仅如此,作为种子“成才”的加速器,智能化大数据育种技术手段在其他很多方面的表现也尤为出色:不仅可实现回交育种背景筛选和育种材料纯度鉴定,还可进行物种进化演化群体结构鉴定,进一步指纹追溯和揭示物种的进化。“未来,这些研究都将形成一套GS育种(全基因组选择育种)体系,从大数据基因型到训练模型,以便快速为育种家提供筛选优质材料的坚实依据。”对高通量测序技术辅助育种的未来发展,夏志强充满信心。

如今已接近《国家南繁科研育种基地(海南)建设规划(20152025年)》的尾声,却正值我国从“经验育种”走向“精确育种”的高速发展时期,夏志强表示将始终积极响应科技强国的号召,不仅要“藏粮于地”,更要“藏粮于技”,用奋斗不懈丰富百姓的食谱清单,倾毕生所学续写南繁之华章。

(责编:关弋)


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