“我們剛剛又完成了2000份玉米種質資源的基因測序和數據分析工作,給這些種子建立了‘數字身份證’,今后的生物育種將更加精準、高效。”10月25日,在江蘇省農業種質資源綜合基因庫,江蘇省農業科學院(以下簡稱江蘇省農科院)種質資源與生物技術研究所玉米種質資源創新團隊副研究員周玲說著打開數據庫。科技日報記者看到這里面已經儲存了近1萬份種質資源基因組測序分析數據。

 2020年6月,江蘇省農業科學院在國內率先搭建數字化育種平臺,開展大規模種質資源基因測序和數據分析,目前已完成2352份水稻、5082份玉米、1344份桃、366份草莓、473份辣椒等種質資源的數字化存儲。

 種業創新是農業科技創新的核心問題,開展種源“卡脖子”技術攻關,首先要把種質資源保護利用好。

 “目前,江蘇省農作物種質資源中期庫已收集保存農作物種質資源5.7萬份,涵蓋54種作物,涉及14個植物科、56個屬和96個物種。”江蘇省農科院種質資源與生物技術研究所所長趙涵介紹,其中水稻種質資源15000余份、小麥種質資源15000余份、玉米種質資源6000余份,具有鮮明的地方特色,包括長江中下游尤其是太湖流域的水稻地方品種、南方六省一市冬麥區的小麥地方品種、江蘇地方糯玉米品種。

 當前,以“新一代數字科技與生物技術深度融合”為特征的智慧育種時代正加速到來,中國種業發展面臨前所未有的機遇與挑戰。構建數字化育種平臺,實現育種數據化、網絡化、智能化,已成為提升育種效能的主流趨勢和根本方法。

 建設先進的數字化種質資源平臺是夯實種質資源基礎的關鍵。今年2月,《國務院關于印發“十四五”推進農業農村現代化規劃的通知》指出,要加強種質資源保護,構建種質資源DNA分子指紋圖譜庫、特征庫和農業種質資源數據庫。

 趙涵說,數字化育種平臺通過構建高精度模型、結合基因編輯技術,能夠先預測育種,既省去田間播種試驗的大量人力,又節省了實驗時間、提高了科研效率。

 “一株水稻的基因數據量可達400M左右,一個平常的64G閃存盤只能存儲十幾株水稻的基因組數據。”趙涵介紹,生物基因組的數量十分龐大,建設數字化的種質資源庫亟須海量存儲和高性能計算技術,才能為接下來的人工智能育種打下基礎。

 “目前,數字化育種平臺的整體架構設計已初步完成,主要由表型數據庫、基因型數據庫、數據計算和分析平臺3個模塊組成。”周玲介紹,一粒種子從實物變成基因數據并不容易:首先在田地里種下種子,長大后從葉片中提取DNA進行質檢;第二步是送到實驗室對樣品進行處理和上機測序,獲得基因組上的小片段;最后再利用生物信息學軟件,將序列信息轉化為可靠的變異信息,再對變異的信息進行判讀。

 周玲解釋說,每一種生物都有標準的參考基因組,只有進行對比后才能判定檢測的種質資源是否變異,這樣就能從基因組層面追溯種子來源,為種子建立一個獨一無二的“數字身份證”。

 目前,江蘇省農科院與相關企業合作開發的變異過濾軟件,一天可分析30—40個玉米品種,比傳統軟件分析速率提升約40倍。

 “下一步,我們將聚焦個別優勢種質資源(例如水稻、草莓),根據專業特點開展具體實施和分工合作,完成平臺框架的搭建。”趙涵說,未來數據庫建立完成后,結合數據分析與育種分子技術,將形成一個現代化的數字育種平臺。