大学实验室、初创企业和 Meta、谷歌和微软等科技巨头正在越来越多地为生物技术和基因工程开发生成人工智能 (AI) 工具。为此,他们采用了聊天机器人(如 ChatGPT)或图像生成器(如 DALL-E)中使用的扩散和大型语言模型的 AI 架构,并使用生物学“语言”——蛋白质和基因组序列对它们进行训练。这创造了显著改变利用基因工程操纵生物体基因组成的方式的工具。新的人工智能模型具有更强大的描述能力,可以模拟计算机上基因工程的效果。凭借其生成能力,人工智能模型甚至可以设计功能性 DNA 和 RNA 序列以及进化尚未产生的蛋白质,用技术术语来说,这些蛋白质是“自然界中新出现的”。
简单总结:神经营养因子是帮助大脑生长和正常运作的生长因子。其中一种被称为脑源性神经营养因子 (BDNF)。BDNF 影响我们的体重以及我们学习和记忆事物的能力。有些老鼠的 BDNF 水平较低。已经培育出完全不表达 BDNF 的老鼠,但它们出生后不久就会死亡。因此,已经培育出只有正常一半 BDNF 水平的老鼠和一些脑细胞中 BDNF 水平非常低但其他脑细胞中 BDNF 水平正常的老鼠。此外,可以通过将这两种类型的老鼠一起繁殖来产生新的小鼠品系。这些新老鼠的大脑中 BDNF 非常少。它们是活的,但它们的体重比正常老鼠大,大脑也小。它们的行为也不同,尤其是在移动方式上。
为了确保全球粮食安全,可以利用获得的遗传信息培育出产量潜力更大、抗逆性更强的新水稻品种。利用该项目的数据,育种者将能够培育出特别适合特定地理区域、气候条件和农业技术的水稻品种,从而提高水稻产量,同时减少对环境的影响。发现的遗传信息将使以水稻为基础的可持续发展产品的创造变得更加容易,包括生物燃料、生物塑料和药物。此外,为了改良水稻并加速其在其他作物中的应用,该项目将促进创新基因组技术和基因编辑和精准育种等技术的开发。
位于拉贾斯坦邦阿维卡纳加尔的 ICAR-中央绵羊和羊毛研究所 (CSWRI) 是一家领先的科研机构,自 1962 年以来一直致力于推动绵羊和羊毛研究。该研究所因培育出 Avishaan、Avikalin 和 Bharat Merino 等高产品种而闻名。CSWRI 专注于生物技术遗传学、营养、健康、繁殖和羊毛技术方面的前沿研究。该研究所在育种计划、疾病管理和可持续农业实践方面的创新旨在提高羊毛质量和绵羊生产力,在促进农村经济、满足农民需求和支持国家农业部门方面发挥着至关重要的作用。
摘要:生物技术的快速发展促进了我们对家畜重要经济性状候选基因生物学功能的认识。基因编辑分子育种极大地改变了家畜育种方式。通过基因编辑和胚胎操作,可以很容易地培育出具有设计的经济性状或抗病性状的品种。随着这一快速发展的进程,基因编辑家畜的安全性评估引起了公众和监管机构的关注。本文综述了基因编辑在家畜生产性能改善、抗病性、生物反应器、动物福利和环境友好性等方面的研究进展,并讨论了基因编辑技术在家畜育种中的局限性和未来发展。
引言提高玉米产量一直是玉米育种的主要目标,而在气候压力和全球人口增长的背景下,提高产量变得更具挑战性。近几十年来,玉米产量的提高依赖于高施肥和高农药,以及在特定气候区培育高产和适应性品种。前一种方法对可持续发展产生了许多不利影响[1],而后一种方法培育出的玉米品种无法应对气候变化的挑战。玉米的高产取决于许多性状,包括耐受生物和非生物胁迫的能力(图1)。平衡这些性状之间的权衡是获得高产和稳定玉米产量的关键,需要对基因、途径、自然变异和局部适应有清晰的机制理解。基于基因组学的育种被认为是解决玉米高产和稳定产量问题的最佳解决方案。
• 成功指标:确定关键绩效指标 (KPI) 以跟踪 AI 实施的有效性(例如,提高作物产量、降低劳动力成本、提高供应链效率)。 • 持续改进:定期评估绩效,收集利益相关者的反馈意见,并改进 AI 模型以确保持续优化。寻找扩大其使用范围的机会。 农产品行业的关键 AI 用例 1. 作物监测和预测 包括机器视觉和传感器在内的 AI 工具可以分析植物健康状况并预测作物性能。从而实现更好的资源分配、疾病预防和产量预测。 2. 供应链优化 AI 可以预测需求、优化库存管理、检测异常并分析价格趋势,以简化供应链运营。 3. 劳动力优化 AI 可用于通过预测收获高峰期、安排工人和优化劳动力成本来更有效地分配劳动力。 4. 基因组预测 人工智能驱动的基因组学应用通过预测植物的理想性状来帮助改进育种计划,从而培育出更能适应气候变化的优良作物品种。
Gratacap, RL、Wargelius, A.、Edvardsen, RD 和 Houston, RD 2019。基因组编辑在改善水产养殖育种和产量方面的潜力。遗传学趋势,35(9):672–684。Kishimoto, K.、Washio, Y.、Yoshiura, Y.、Toyada, A.、Ueno, T.、Fukuyama, H.、Kato, K. 和 Kinoshita, M. 2018。通过 CRISPR/Cas9 基因组编辑培育出骨骼肌质量增加、体长缩短的红鲷品种 Pagrus major。水产养殖,495:415–427。Norris, A. 2017。基因组学在鲑鱼水产养殖育种计划中的应用:谁知道基因组革命将把我们带向何方?海洋基因组学,36:13–15。 Pavelin, J.、Jin, YH、Gratacap, RL、Taggart, JB、Hamilton, A.、Verner-Jeffreys, DW、Paley, RK、Rubin, C.、Bishop, SC、Bron, JE、Robledo, D. 和 Houston, R. 2021. nedd-8 活化酶基因是大西洋鲑对传染性胰腺坏死病毒具有遗传抗性的基础。基因组学,113(6): 3842–3850。
花生根结线虫 (Meloidogyne arenaria; PRKN) 是一种微小的蛔虫,会捕食许多作物的根,包括栽培花生 ( Arachis hypogaea )。如果不采取缓解措施,这些蛔虫会导致种植者产量大幅下降。2020 年,PRKN 导致佐治亚州的花生作物价值下降了 3%。为了对抗这种害虫,20 世纪 90 年代,一种来自野生近缘种 (A. cardenasii ) 的强大抗性基因被渗入花生中。基因研究表明,这种基因渗入覆盖了栽培花生 A09 染色体的 ~92%。研究还发现,基因渗入的上部产生强抗性,而下部产生中等抗性。除此之外,人们对造成抗性的基因的确切位置知之甚少。本研究的目的是对重组花生品系进行 PRKN 温室测定。希望这些试验的结果能够进一步加深对这种基因渗入的了解,从而帮助育种者培育出具有稳定和强大抗性的优良品种。