The Economist报道称,1944年,墨西哥进口的大量小麦占比明显:该国消费的小麦约60%来自进口。为了确保国家有足够数量的主要农产品,政府决定利用洛克菲勒基金会的资金支持,并建立合作研究与小麦生产计划,由诺曼·博洛格(Norman Borlaug)领导。
Borlaug及其团队的育种计划持续了20年,包括提高墨西哥小麦对疾病的抵抗力,以及通过培育更矮小、在积极施肥情况下不易倒伏的植株来增加产量。最终,到1963年,墨西哥种植的小麦中约95%是他们工作的结果,产量增加了六倍,印度和巴基斯坦也吸取了这一经验,以养活不断增长的人口。1970年,博洛格因其成就获得了诺贝尔和平奖。
农作物育种是一项复杂的任务。遗传学家们必须确定研究哪些特征,交配那些看似具备这些特征的植物,进行田间试验,并等待结果,以了解他们的新植株是否得到改良。植物基因与环境因素(如天气、土壤状况和生长环境等)之间的相互作用是复杂的。确定适合特定条件的基因组可能需要几十年的时间,就像博洛格在墨西哥所做的那样。
新成立的Heritable Agriculture公司从谷歌有限责任公司的X实验室分支出,开发出一种利用人工智能(AI)来预测遗传改良的方法,包括产量、口感、营养价值和光合能力在特定环境条件下。他们的软件是基于公司员工在过去六年中收集的数据进行训练的。
这些数据描述了不同基因组在具体土壤和气候条件下的表现,植物生长时基因的表达以及各种代谢物的浓度。科学家们处理了大约来自内布拉斯加州、威斯康星州和加利福尼亚州进行的七种不同作物的田间试验中约14,000个样本的数据。在确定特定环境的理想基因组后,另一个模型会确定达到这一基因组的育种最短路径,基于可用植株。
Heritable的联合创始人之一Brad Zamft表示,公司的系统能够在一年内创造具有所需基因组的作物,以获得期望的特征。他在1月13日的圣地亚哥植物和动物基因组会议上展示了Heritable方法的成功案例。演示了该公司软件如何用于快速获得玉米的开花准确时间控制。Heritable已经利用其软件为客户(不透露其身份)创造了具有特定特性的植物,包括更美味的绿叶蔬菜。Zamft指出,“传统的农作物育种太慢且昂贵,无法达到我们这些合成生物学家可以达到的出色成果:固定氮、可持续林业、将食物作为药物、捕集碳”。
其他生物技术公司,包括来自马萨诸塞州的Inari和加利福尼亚的Pivot,也专注于通过基因编辑和改善土壤微生物群落来提高产量。过去十年,农业生物技术公司已经吸引了约400亿美元的风险投资。
与其他公司相比,Heritable的优势在于他们能够应用现代计算方法来加快育种进程,通过降低以前无法实现的研究成本来探索和研究更多可能的基因组组合。
Heritable还专注于较少工业化的作物,如浆果、绿叶蔬菜、一些谷物和豆类。他们的重点是在燕麦、大麦、黑麦、鹰嘴豆、小白菜、鳄梨和葡萄育种方面取得成功,以实现类似过去100年内在玉米中取得的改进。
如果育种成本降低,将有可能使更多植物适应不同环境。例如,在资源有限的发展中国家,农民们可以种植和利用专为他们需求而创造的植物。这将特别有用,考虑到主要作物正面临气候变化压力,这种变化速度对传统育种来说太快了