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提速近10倍！基于深度学习的全基因组选择新方法来了******

　　近日，中国农业科学院作物科学研究所、三亚南繁研究院大数据智能设计育种创新团队联合多家单位提出利用植物海量多组学数据进行全基因组预测的深度学习方法, 可以实现育种大数据的高效整合与利用，将助力深度学习在全基因组选择中的应用，为智能设计育种及平台构建提供有效工具。相关研究成果发表在《分子植物（Molecular Plant）》上。

　　全基因组选择作为新一代育种技术，通过构建预测模型，根据基因组估计育种值进行早期个体的预测和选择，从而缩短育种世代间隔，加快育种进程，节约成本，推动现代育种向精准化和高效化方向发展。

　　统计模型作为全基因组选择的核心，极大地影响了全基因组预测的准确度和效率。传统预测方法基于线性回归模型，难以捕捉基因型和表型间的复杂关系。

　　相较于传统模型，非线性模型（如深度网络神经）具备分析复杂非加性效应的能力，人工智能和深度学习算法为解决大数据分析和高性能并行运算等难题提供了新的契机，深度学习算法的优化将会提高全基因组选择的预测能力。

　　该研究团队以玉米、小麦和番茄3种作物的4种不同维度的群体数据为测试材料，通过创新深度学习算法框架开发了全基因组选择新方法。

　　与其他五种主流预测方法相比，该方法有以下优点： 可以利用多组学数据开展全基因组预测；算法设计中包含批归一化层、回调函数和校正线性激活函数等结构，可以有效降低模型错误率，提高运行速度；预测精度稳健，在小型数据集上的表现与目前主流预测模型相当，在大规模数据集上预测优势更加明显；计算时间与传统方法相近，比已有深度学习方法提速近10倍；超参数调整对用户更加友好。

　　该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、海南崖州湾种子实验室和中国农业科学院科技创新工程等项目的支持。

学术支持

中国农业科学院作物科学研究所

记者

宋雅娟

丰收是最好的论文 大学青年教师下田助粮食增产******

　　这个冬天，眉山职业技术学院农业教研室主任魏文武正在挑战一个新纪录。

　　夏收之后，在四川省眉山市东坡区的良田里，农户种上了萝卜、芥菜、泽泻等蔬菜和中药材，来年春天再种下水稻。一年两季的种植模式，是人们按照当地气候、土壤条件摸索出来的最优方案。

　　现在，魏文武要尝试的是“一年三季”。他领导的研究团队在12月泽泻收获前一个月左右播种小麦，来年5月收割小麦后种水稻。如果试验成功，将大大提高土地利用率，也意味着农民会有更多的收获。

　　推动粮食提质、增产、增效，是这名大学教师从教以来不懈追求的目标。特别是2018年以来，魏文武团队的一批中青年教师依托眉山市岷江现代农业示范园区，借力“一优两高”生产竞赛，推动粮食生产不断创造新纪录。

　　“一优两高”是指优质、高产、高效。眉山的这场生产竞赛由当地政府发起，行业、企业、高校、农户多方参与。眉山职业技术学院承担了生产竞赛的组织任务，魏文武担任竞赛专家组副组长。

　　这是一项贯穿全年的系统任务。魏文武介绍，除了组织竞赛外，团队教师还要负责新品种、新技术的试验、示范和推广，对种植大户开展技术培训，帮助他们解决生产过程中的技术问题。

　　每年，魏文武团队向各地种业企业征集几十、上百个新品种，在眉山市东坡区太和镇永丰村的中试基地开展试验，根据中试结果，挑选出适合当地种植的新品种，再进行更大范围的种植示范，并组织种粮大户观摩。

　　“种粮大户会根据我们的试验结果选择中意的品种。”魏文武说，在这个环节，学校团队的任务就是帮农户选种质资源。

　　农户选中新品种开始种植后，魏文武团队迎来了第二个环节的工作：技术服务。他说，新品种大面积种植过程中，团队要协助农户把技术方案贯彻下去。“这就是我们专家组存在的价值”。

　　“一优两高”竞赛吸引了很多种粮大户的参与。太和镇金光村90后种粮大户徐杰说，这个过程充满挑战性，除了产量、品质等数据指标外，大赛还会现场蒸煮米饭，由专家、农户品尝，对口感进行打分，俨然一个“比武”现场。

　　技术研究工作并不轻松。每年3月至8月水稻生产季，魏文武平均每周有两三天在基地的田里，观察水稻生长情况、收集数据等。特别是收获季节，面临繁重的测产等任务，魏文武团队有几十名师生天天在田间忙碌。

　　因为经常下田，他车子的后备厢里常年放着一双筒靴，以备不时之需。暑假在田里做试验时，团队老师和同学们都在一起，亲力亲为。

　　“热！累！”这是该学院2020级学生张昶维对今年暑假的总结。当时，四川盆地遭遇了历史上罕见的高温干旱天气，张昶维等20多名学生加入测产团队，验收今年的粮食生产成果。

　　学生们试图用抹防晒霜来抵御阳光，但发现用处不大，最后只戴了袖套，防止割伤。暑假的这段经历，让在城市里长大的王杰平感受到“每一粒粮食都来之不易”，也“对农业有了更深刻的认识”。

　　下田，是眉山职业技术学院现代农业技术专业学生的必修课。虽然专业名称里带着“现代”两个字，但魏文武认为，无论技术怎么发展，下田永远都应该是农学专业学生的“必修课”，这是他们认识农业的关键一环。

　　团队里的青年教师也在这个过程中得到了锻炼。通过组织“一优两高”生产竞赛以及接地气的研究工作，魏文武团队每年都有论文成果发表，也锻炼了包括90后青年教师在内的团队成员的科研能力。

　　近年来，魏文武团队的多项生产技术得到推广应用，累计推广面积587.20万亩，最高单产达到969公斤/亩，创造了四川平原浅丘水稻高产纪录。机插秧“基缓追速”施肥技术减少了施肥次数、施肥量，并显著提高产量，仅施肥管理一项的节本增效就超过80元/亩。

　　截至目前，通过“一优两高”水稻新品种试验，魏文武团队累计完成340余个水稻品种的多年对比试验，筛选出40个适种该区域的优质高产品种，推动区域优质水稻占比由2012年的不足12.45%增长至2021年的86.55%，解决了本区域水稻产量不高、品质不优的问题。

　　今年8月，魏文武被评为四川省农业丰收奖“先进个人”。作为来自高校的获奖者，魏文武认为，如果科研工作不融入粮食生产过程中，就谈不上学有所用。因此他更看重技术推广之后给粮食增产、农民增收带来的实际改变。

　　他说：“粮食增产、农民增收，比发表论文更令人喜悦。”

　　(中国青年报 记者 王鑫昕)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）