圖①：植物星球計劃標識圖。 　　圖②：多彩的被子植物。 　　以上圖片均為中國農業科學院提供

　　廣東省深圳市大鵬新區，中國農業科學院深圳農業基因組研究所的科研人員正緊鑼密鼓地推進一項工作——重建“陸地植物生命之樹”。支撐這項任務的，是我國科學家領銜的植物星球計劃。今年2月，該計劃正式啟動，吸引了全球40多家科研機構的科學家參與。

　　為什麼要開展植物星球計劃？這個計劃有何科學價值和應用價值？對植物學研究又意味著什麼？讓我們跟隨參與發起計劃的院士、專家們，一起了解植物生命演化背后的奧秘。

　　——編  者  

　　目標：填補認知空白，推動植物科學“系統性解碼”

　　植物佔地球生物總量80%以上，然而，我們對它們所知甚少——全球陸地植物大約有45萬種，當前，超過99%的陸地植物缺乏高質量的參考基因組。截至2024年底，95%的屬、70%的科、51%的目缺乏參考基因組數據，限制了人類對植物多樣性、適應性及功能潛力的深入認知與應用開發。科學家研究比較深入的，集中在水稻、小麥等農作物和擬南芥等少數模式植物上﹔然而，他們對廣袤野生植物的認知幾乎一片空白。

　　科學家希望，通過對缺乏參考基因組的目、科、屬進行採樣，再借助系統發育基因組學方法，構建一個高分辨率、時間校准的完整陸地植物系統發育樹，以此厘清主要植物類群之間的親緣關系與分化時間，從而繪制完整的“植物生命之樹”。

　　【專家看點】

　　黃三文（中國農業科學院院長、中國科學院院士）：

　　繪制“植物生命之樹”為何重要？我們可以試想，翻開一本數百頁的大書，如果僅僅熟悉其中幾頁，能讀懂這本書嗎？同樣，僅僅憑借對植物基因組數據的碎片化認知，科學家無法從整體上把握植物生命演化全貌，進而解開許多關鍵的科學難題。

　　為此，全球科學家一直期望打破植物研究困在少數模式物種的“孤島”現狀，把碎片化的認知串聯成完整的知識體系，推動植物科學從“零散的知識”到“系統性解碼”，進而給全球植物學界搭建一套開放共享、標准化的科學基礎數據庫。

　　研究背后還有很強的現實考量。以保障全球糧食安全為例，通過解碼陸地植物的遺傳密碼，我們能挖掘出野生物種豐富的遺傳寶庫，彌補作物品種中丟失的抗逆、高產性狀等優異基因，從而培育出高質高產的作物。

　　物種保護的現實訴求，讓這項研究更加緊迫。過去100年，每年至少有3個植物物種永久滅絕，這是自然滅絕速度的500倍以上。有很多植物，我們還沒來得及搞清楚它是什麼、有什麼價值以及其所蘊含的獨有遺傳信息，就永遠消失了。通過對瀕危物種進行測序，永久保存它們的遺傳信息，科學家有望打造一艘植物的“數字諾亞方舟”。

　　根據計劃，未來3年，科學家將集中攻克系統發育上的關鍵缺口，優先為所有缺乏參考基因組的目、科進行基因組解碼。之后10—12年，研究將拓展到90%的被子植物的屬和90%非開花植物的科，並利用這些數據回答一系列科學問題。

　　革新：人工智能推動植物學研究向數據驅動轉型

　　植物基因組數據十分龐大，讀懂基因組這本“大書”，需要做海量基礎工作，單靠人力難以完成。如今，AI（人工智能）與大數據技術的深度融合，讓科學家有了一把解讀的“鑰匙”，推動植物學研究從經驗主導向數據驅動轉型，這一范式革新將為科學發展注入新活力。

　　【專家看點】

　　鄂維南（北京大學教授、中國科學院院士）：

　　科學家計劃攜手繪制“植物生命之樹”，並非心血來潮。首先是基因組測序技術成本的大幅下降。2000年發布的首個植物基因組——擬南芥基因組，由多國團隊歷時4年、耗費約7000萬美元才完成。今天，我們完成一個高質量的植物基因組測序，成本不及當年的萬分之一，且最快1個月便能交付。

　　一個關鍵支撐，是AI與大數據技術對植物研究的革新。總體來說，我們可以把AI看作是植物基因組研究的“超級加速器”和“智能解碼器”。

　　“超級加速器”，即加快植物基因組解碼速度。過去，一個中等復雜度的植物基因組，從結構注釋到功能推斷，往往需要科研團隊連續工作3—6個月，且高度依賴人工經驗判斷。面對數萬甚至數十萬個植物基因組，這種模式顯然難以持續。AI能實現跨物種的高通量、標准化、自動化基因注釋，原本需要數月才能完成的工作縮短到幾天完成，且整體准確率可穩定在較高水平。通過AI對跨物種全譜系植物基因組的學習，科學家還能讀懂植物基因組的“共同語言”，打破過去每個物種獨立研究的局限，把“知識孤島”連成“完整大陸”，推動研究從“零散拼圖”走向“完整圖景”。

　　“智能解碼器”，即更精准地找到優異基因，實現優異基因發現從“經驗篩選”走向“精准導航”。傳統作物育種，從野生植物裡找到抗旱、耐鹽、抗病的優質基因，猶如大海撈針。一個創新型品種從篩選到落地，往往要十幾年甚至幾十年。AI能結合高質量的植物基因組數據，用系統發育信息的“望遠鏡”鎖定億萬年進化中高度保守的功能位點，再用群體基因組的“顯微鏡”精准定位育種的關鍵靶點，可以把“大海撈針”變成“精准導航”。

　　前景：為全球糧食安全與人類健康研究提供新引擎

　　繪制“植物生命之樹”科學意義重大，應用前景廣闊。根據設想，植物星球計劃希望發現100種潛在的經濟作物，以及1000種具有活性的天然產物用於藥物開發，為全球糧食安全與人類健康研究提供新引擎。

　　【專家看點】

　　德特勒夫·魏格爾（德國馬克斯·普朗克生物學研究所研究員、美國科學院院士、德國科學院院士）：

　　我們發起植物星球計劃不僅僅是為了填補數據庫的空白，更是因為這些基因組將改變我們對植物演化的理解，指導受威脅物種的保護，推動下一代作物育種。我相信，二三十年后，當我們行走在森林中，用一種類似《星際迷航》中“三錄儀”的設備，可以當場讀取周圍任何物種的基因組，並理解是什麼讓那株植物獨一無二，它能提供什麼，以及如何保護它。

　　鄧興旺（北京大學現代農業研究院院長）：

　　作物育種有兩個痛點，一是長期定向馴化帶來的遺傳多樣性嚴重收縮，二是難以挖掘到野生優異基因。

　　以小麥為例，小麥是三大主糧之一，也是我國保障糧食安全的重要作物。但過去100多年，小麥育種沿用的是傳統雜交選育模式，育成一個穩定的品種要8—12年，且品種遺傳基礎狹窄，抗病、抗逆能力持續退化。這一問題的根源在於，經過數千年的人工選育，我們篩掉了不符合人類需求的性狀，同時也丟棄了大量小麥野生近緣種裡的優異基因。數據顯示，現代栽培小麥的遺傳多樣性，不到野生近緣種的30%，大量抗鏽病、抗赤霉病、抗旱、耐鹽鹼的基因都藏在野生種裡。但過去沒有這些野生種的完整基因組，想要找到一個可用的抗病基因，往往要花5—8年甚至更久。借助“植物生命之樹”全景圖，科學家既能鎖定目標優異基因，還能打開野生植物的遺傳寶庫，從而充分挖掘小麥基因潛力，做到高效育種。

　　隨著植物星球計劃的推進，未來我們將擁有一個理解、保護和利用植物生命的基礎性操作平台。它將把植物從“熟悉的陌生人”變成我們真正理解的“生命伙伴”。

　　《 人民日報 》（ 2026年10月17日 06 版）