一粒种子背后,一场AI育种试验

浙江在线10月28日讯（通讯员 王琼 记者 陈寒）种子是农业的 “芯片”，核心功能基因更是塑造作物优良性状的关键。以往，生物育种大多依托天然资源筛选、挖掘目标功能基因；如今，人工智能为蛋白质定向设计赋能，科研人员可根据育种需求定制特定功能蛋白，为自主创制优良作物基因资源开辟全新路径。

近日，浙江省种业集团芯创生物育种有限公司锚定人工智能蛋白质设计这一国际前沿方向，率先布局 AI 驱动农业核心酶智能设计研究，探索实现农业核心功能基因自主创制的新路径。

据项目团队前期公开文献和技术资料调研，利用人工智能技术开展EPSPS蛋白系统性设计，并进一步面向作物育种应用的相关公开研究仍较为有限。该团队正围绕这一前沿交叉领域开展先行探索，尝试建立从AI设计、实验验证到作物应用的系统性技术体系，为现代生物育种提供新的技术思路，有望填补AI驱动的农业核心酶智能设计与育种应用衔接方面的部分技术研究空白。

从“寻找天然基因”到“AI设计蛋白”，生物育种打开新空间

以农业生产中的杂草防控为例，草甘膦是全球广泛使用的除草剂之一，而EPSPS酶是实现作物草甘膦耐受性的重要靶标。

“可以把EPSPS理解为作物体内的一台重要‘生产机器’，草甘膦会干扰这台机器正常工作。我们希望利用AI设计出既能维持催化功能、又具有高草甘膦耐受潜力的EPSPS蛋白，为培育新型抗除草剂作物提供候选基因资源。”项目负责人于蕾介绍。

然而，传统蛋白质改造主要依靠天然基因资源，通过反复突变和实验筛选寻找性能更好的蛋白，面临研发周期长、催化活性与除草剂抗性难以兼顾等挑战。

能不能突破对天然蛋白序列的依赖，让人工智能帮助设计出性能更优的候选蛋白？

这一设想，成为浙江青年科研团队开展创新研究的起点。

瞄准国际前沿，探索AI设计农业核心酶

2024年诺贝尔化学奖表彰了蛋白质结构预测与计算蛋白质设计领域的突破性贡献，让相关前沿技术受到广泛关注。

目前，AI蛋白质设计已在医药研发、工业生物技术等领域展现出重要价值，而在农业育种领域的应用仍处于探索发展阶段。

与传统蛋白质工程不同，研究团队探索利用生成式AI技术设计新的EPSPS蛋白序列，并综合考虑蛋白在不同状态下的催化活性、结构稳定性和除草剂耐受性等指标，提升候选蛋白筛选的针对性。

从AI设计到作物应用，让科研成果走向田间

“从我们目前掌握的公开研究资料来看，将生成式AI蛋白质设计技术系统应用于EPSPS酶设计，并进一步面向作物育种的研究还比较少。我们较早关注并布局了这一方向，希望能够在这一领域走在前面。目前，我们已经建立了具有自身特色的多状态协同评价体系，并优选出554条具有研究潜力的候选序列。接下来，我们希望通过持续的实验验证和技术攻关，逐步形成具有国际竞争力的自主技术体系，为我国农业核心功能基因创制提供新的解决方案。”项目负责人于蕾表示。

依托浙江省种业集团的育种体系和产业资源，项目未来将探索把经实验验证的优选EPSPS蛋白应用于玉米、大豆等多种作物，推动研究成果从实验室走向田间，并逐步探索核心基因授权、品种联合开发等成果转化模式。

从“寻找天然基因”到“AI设计功能蛋白”，再到探索创制可用于作物改良的编码基因，浙江青年科研团队正以人工智能为工具，积极开拓现代生物育种的新路径，为农业核心功能基因自主创制和种业科技创新积累技术储备。