種子是農(nóng)業(yè)的芯片，事關國家糧食安全。提升種業(yè)競爭力是打好種業(yè)翻身仗的重要內(nèi)容，而工程化育種水平的提高是提升種業(yè)競爭力的關鍵。整合利用現(xiàn)代育種技術構建高效育種技術體系，構建符合我國國情的種業(yè)科研體系，能為加快建設農(nóng)業(yè)強國提供科技支撐。玉米是我國第一大作物，是重要的工業(yè)原料、飼料和人類食糧。盡管我國玉米種業(yè)企業(yè)數(shù)量眾多，但尚未建立起高效的商業(yè)化育種技術體系。雙單倍體（DH）與全基因組選擇（GS）技術是玉米育種中的核心技術。通過DH和GS技術的有機整合，在此基礎上融合表型技術、機器學習、深度學習等，有望構建大數(shù)據(jù)和人工智能驅(qū)動的智能育種技術體系，從而推動我國育種從傳統(tǒng)育種向智能育種的轉(zhuǎn)變。目前，DH和GS相結合的玉米單倍體工程化育種已經(jīng)成為大型跨國種業(yè)公司的主要育種模式，但在國內(nèi)玉米育種中還比較少見。
為了推進和實施DH+GS快速育種技術在玉米上的應用，8月18至20日，首屆玉米單倍體工程化育種技術研討會在中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所（后稱“中國農(nóng)科院作科所”）重大工程樓順利召開，來自全國20個科研單位和30余家國內(nèi)頂尖種業(yè)公司的100余位專家參加了本次會議（圖1）。會議由三部分組成：特邀報告、圓桌會議和田間考察。19日，11位主題報告專家作了精彩報告，參會專家們就玉米DH與GS技術相結合應用于育種展開了熱烈的討論。20日，專家們一同前往農(nóng)科院作科所順義試驗基地，集中參觀考察了作科所玉米品種展示，并與作科所各玉米課題組分享交流了玉米科研和育種情況。本次會議由依托中國農(nóng)科院作科所的作物分子育種國家工程研究中心主辦，石家莊博瑞迪生物技術有限公司承辦。
▲圖1 到會專家合影
中國農(nóng)科院作科所王文生副所長主持開幕式。中國農(nóng)科院科技局副局長劉濤致歡迎辭。劉局長在致辭中強調(diào)了玉米在國家戰(zhàn)略布局中的重要地位，作物分子育種國家工程研究中心需要做好平臺支撐，農(nóng)科院將舉全院之力辦好“種子、耕地、生物安全、農(nóng)機裝備、綠色低碳、鄉(xiāng)村發(fā)展”六件大事，呼吁大家瞄準關鍵核心技術開展科研攻關，并期待研討會能帶動后續(xù)一系列育種技術論壇的推進。
隨后，中國農(nóng)科院作科所所長周文彬研究員致辭。周所長在講話中強調(diào)了種業(yè)在糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中所承擔的重要使命，DH育種、全基因組選擇和智慧育種技術在未來玉米育種創(chuàng)新中應該發(fā)揮的重要作用，期待類似的研討會能夠推動育種科研模式的創(chuàng)新和種業(yè)發(fā)展，并希望科研單位和種業(yè)企業(yè)進一步深化合作，積極探索科企合作新模式。
本次研討會的召集人之一徐云碧博士致開幕詞。他簡要地回顧了玉米工程化育種在中國的發(fā)展歷程，提出了流水線和智能驅(qū)動的兩個工程化育種階段，討論了中國玉米工程化育種已經(jīng)具備的條件以及需要填補的短板（圖2）。
▲圖2 開幕式嘉賓及主持人
此次特邀報告的嘉賓包括中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所研究員李新海、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所研究員徐云碧、中國農(nóng)業(yè)大學副教授劉晨旭、黑龍江省華育和創(chuàng)生物科技有限公司總經(jīng)理孫文濤、揚州大學副教授徐揚、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所研究員李慧慧、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所研究員黎亮、金苑（北京）農(nóng)業(yè)技術研究院有限公司首席育種家范弘偉、安徽隆平高科種業(yè)有限公司數(shù)據(jù)分析經(jīng)理鄧飛、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所研究員付俊杰、以及甘肅五谷種業(yè)股份有限公司董事長李世曉。中國農(nóng)科院作科所黃長玲研究員、付俊杰研究員、李慧慧研究員主持了19日的特邀報告會。
李新海研究員作了題為《玉米遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新》的報告。他以農(nóng)大108、鄭單958、京科968等單交種的演變?yōu)槔榻B了玉米品種的選育與變遷，提出了我國玉米品種的需求方向為耐密機械化、耐逆綠色化和優(yōu)質(zhì)專用化。他分析了美國種質(zhì)、熱帶種質(zhì)與我國種質(zhì)的異同，指出通過群體內(nèi)循環(huán)選育聚合育種元件，提高優(yōu)良等位基因頻率，從而實現(xiàn)玉米群體改良和種質(zhì)創(chuàng)新的途徑。此外，他還概括了育種技術的發(fā)展歷程，強調(diào)了DH技術的引領性和重要性（圖3）。
徐云碧研究員作了題為《玉米工程化育種：路向何方？》的報告。他指出了工程化育種中存在的問題，其中包括生物技術研發(fā)與育種應用嚴重脫節(jié)，作物生產(chǎn)、育種和農(nóng)業(yè)設施需要加強工程化和機械化。他提出在所有作物開展育種單倍體化以實現(xiàn)高效育種的新思路，同時強調(diào)了環(huán)境型鑒定和環(huán)境信息在育種預測和選擇中的重要作用。他強調(diào)，信息累積是育種學家的責任和義務，要充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能和基因組-環(huán)境組集成預測，借助智能育種積累數(shù)據(jù)。同時，倡導科企間開展開源育種，共享育種信息、資源和預測模型（圖3）。
劉晨旭副教授作了題為《玉米單倍體育種關鍵基因挖掘與應用》的報告。他及其所在的團隊克隆了關鍵單倍體誘導基因ZmPLA1、ZmDMP，通過構建敲除系進行了功能驗證，結合分析小麥、谷子、水稻、大麥等作物，發(fā)現(xiàn)ZmPLA1是作物通用型的誘導基因；在十字花科、茄科、豆科、葫蘆科中發(fā)現(xiàn)ZmDMP具有保守作用。并通過單倍體鑒別關鍵基因，獲得了系列單倍體誘導系，為縮短育種周期、加快育種進程的單倍體育種提供了分子理論基礎（圖3）。
孫文濤總經(jīng)理作了題為《玉米DH高通量生產(chǎn)體系及應用趨勢》的報告。他講解了國內(nèi)玉米DH高通量生產(chǎn)體系的構建、生產(chǎn)成果及應用趨勢，介紹了生產(chǎn)體系構建中的加倍方法。他提出，在高通量DH生產(chǎn)及商業(yè)化應用中，技術問題容易解決，關鍵在人。他認為玉米DH高通量生產(chǎn)數(shù)量瓶頸已突破，然而大量DH系如何及時、準確評價已成為挑戰(zhàn)。盡管基因型數(shù)據(jù)可以快速穩(wěn)定獲取，AI模型算法正在快速發(fā)展中，但表型數(shù)據(jù)的獲取仍有待加強（圖3）。
徐揚副教授作了題為《作物全基因組選擇方法及應用研究》的報告。她闡述了影響基因組預測準確性的主要因素，可以采用基因型、表型、環(huán)境、群體、多組學數(shù)據(jù)來提升基因組預測的準確性。她通過多性狀聯(lián)合分析，展示了多性狀GS分析的優(yōu)越性；通過多組學GS分析，發(fā)現(xiàn)將親本表型信息納入雜交種表型預測時，能夠較大幅度提高表型預測的準確性。由于轉(zhuǎn)錄組和代謝組存在時空特異性，建議在GS育種實踐中優(yōu)先考慮結合親本表型信息（圖3）。
李慧慧研究員作了題為《人工智能與大數(shù)據(jù)融合的作物智能設計育種》的報告。目前育種大數(shù)據(jù)與實際育種脫節(jié)，為此她提出了基于深度學習的全基因組選擇方法（DNNGP）。DNNGP模型可結合多組學數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對作物復雜性狀多維度的精準預測。與其它模型相比，當數(shù)據(jù)維度增加時，DNNGP模型在預測精度和計算效率上具有突出優(yōu)勢。該模型目前已應用于植物耐鹽基因的挖掘，利用氣象環(huán)境大數(shù)據(jù)預測基因型與環(huán)境互作，以及預測最優(yōu)親本的選配方案等多個場景（圖3）。
▲圖3 上午場報告嘉賓
黎亮研究員作了題為《玉米單倍體育種與GS應用》的報告。他簡要介紹了DH系育種的常規(guī)流程、傳統(tǒng)策略下DH系的育種問題，并提出四個DH系與GS的整合育種策略：全同胞策略、半同胞策略、利用歷史數(shù)據(jù)預測以及雜交種的早代預測策略。最后，他倡議了“3萬 + 30萬共享計劃”的育種協(xié)作共享思路，通過基因型與表型數(shù)據(jù)共享，貫通科研單位與企業(yè)的協(xié)作互助，以期早日在中國種業(yè)實現(xiàn)智能育種（圖4）。
范弘偉首席作了題為《DH商業(yè)化育種實踐》的報告。他講述了誘導單倍體的原理、DH育種優(yōu)勢、單倍體加倍方法、常規(guī)DH育種流程以及DH育種的瓶頸。他介紹了在金苑種業(yè)主要采用的春誘導冬加倍的育種流程，在田間鑒定篩選DH系，進行全生育期淘汰。目前，金苑種業(yè)已建立了開放免費的DH技術平臺，尋求多方合作共贏（圖4）。
鄧飛經(jīng)理作了題為《隆平高科DH-GS育種實踐分享》的報告。他首先簡要介紹了隆平高科公司情況及其商業(yè)化育種體系，尤其是分子育種情況。隨后重點介紹了隆平高科的全基因組選擇技術體系，通過自身搭建的成熟高效的DH系生產(chǎn)技術平臺，以及自主知識產(chǎn)權的芯片和基因型鑒定平臺，多環(huán)境表型測試平臺，形成了獨具特色的DH+GS技術體系。他還分享了利用GS技術的一些技術細節(jié)，尤其是數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的重要性（圖4）。
付俊杰研究員作了題為《玉米20K液相芯片研發(fā)及應用》的報告。他介紹了靶向測序基因型分型（GBTS）-液相芯片技術和現(xiàn)有芯片產(chǎn)品，提出市場上亟需一款高性價比的GS育種芯片。由此，通過逐步篩選現(xiàn)代育種富集位點和全基因組關聯(lián)位點，開發(fā)了一款用于DH評價的高通量低成本的20K系列芯片（20K和3K）。他舉例說明了這兩款芯片在數(shù)量性狀的全基因組選擇育種、種質(zhì)資源鑒定與評價、性狀-位點關聯(lián)分析和QTL定位等領域的應用（圖4）。
李世曉董事長作了題為《玉米大品種創(chuàng)新路徑探索》的報告。他表示，經(jīng)典育種仍然是當前主要的育種技術，隨著DH技術的大力發(fā)展，希望在未來能夠通過人工智能設計育種來突破經(jīng)典育種的瓶頸。李總系統(tǒng)闡述了他“夢中”的研發(fā)體系，他認為我國對于玉米表型的認知需要形成一個集體共識，通過不斷探索表型和育種目標的直接相關性，持續(xù)矯正，最終形成一個統(tǒng)一的標準（圖4）。
▲圖4 下午場報告嘉賓
特邀報告后，本次會議特別策劃了圓桌討論，由中國農(nóng)科院作科所徐云碧研究員主持，針對DH和GS技術在育種中的相關問題，專家們進行了長達兩小時的熱烈討論。多位企業(yè)家與科學家交流了GS技術在DH育種實踐中的應用難點和疑問，包括如何定制個性化液相芯片、如何構建預測模型、如何高效進行DH系的選擇淘汰、如何讓科研為實際育種應用服務等（圖5）。
▲圖5 圓桌討論現(xiàn)場
討論會后，黃長玲研究員和陳紹江教授受邀進行總結和點評。黃長玲研究員表示，本次會議意義重大，期望大家一定要用新的技術為育種插上翅膀。陳紹江教授肯定了目前的預測模型和液相芯片，倡導從工程觀的角度來認識育種，以單倍體技術作為切入點，進一步形成高效且適合我國國情的育種模式。最后，中國農(nóng)科院作科所作物育種中心副主任、本次會議的召集人之一黎亮研究員作總結性發(fā)言，表示DH技術和GS技術是當前玉米育種的重要抓手，是國外種業(yè)公司領先于我國的重要方面。他強調(diào)了這兩個技術背后的研發(fā)理念，呼吁各位專家為糧食安全和國家使命做貢獻。他還表示，合作是唯一的出路，需要共同實現(xiàn)研發(fā)體系的創(chuàng)新，作科所愿意積極推動前沿技術的落地應用和關鍵核心種質(zhì)的創(chuàng)新，致力于成為種業(yè)企業(yè)的研發(fā)中心，推動研發(fā)能力快速提升（圖6）。
▲圖6 會議主持及總結
20日，在中國農(nóng)科院作科所順義試驗基地，與會專家們考察了作科所玉米品種展示區(qū)。中國農(nóng)科院作科所成果轉(zhuǎn)化處陶志強介紹了順義站及展示田的基本情況，范開建博士講解了展示區(qū)玉米田間種植設計、種植時間、密度、熟期等信息，在各育種負責人的介紹下，專家們參觀了新育成的玉米品種。隨后，到會專家們依次參觀了作科所黃長玲研究員、謝傳曉研究員、李文學研究員、李新海研究員、王天宇研究員和黎亮研究員等玉米研究創(chuàng)新小組的種植材料，并進行了充分的交流（圖7）。
▲圖7 中國農(nóng)科院作科所順義基地品種觀摩會
作為首屆玉米單倍體工程化育種技術研討會，本次會議深入討論了玉米DH技術與GS技術的研究進展，交流了玉米商業(yè)化育種的實踐，介紹了一款適合單倍體工程化育種應用的液相芯片。致力于通過鼓勵科企聯(lián)合、資源和技術共享，共同促進DH與GS在玉米育種中的應用。本次會議的圓滿落幕，也是研究和合作的開始，希望科企共同持續(xù)努力，推動育種科研模式的創(chuàng)新和種業(yè)發(fā)展。在此特別感謝石家莊博瑞迪生物技術有限公司為承辦本次研討會。期待并誠摯邀請各界專家們參與后續(xù)由作物分子育種國家工程研究中心組織的一系列專題研討會，精誠合作，共同推進種業(yè)科技進步和發(fā)展
