Cell：我国科学家开发出基于人工智能机器人的基因组编辑系统，有望加快杂交育种的长期瓶颈

来源：100医药网 2025-08-26 15:49

这项研究标志着农业新纪元的开启：通过对植物和机器的协同设计，科学家正在为更快、更便宜、更可持续的作物育种铺平道路——这对日益增长的全球粮食系统韧性需求至关重要。

数千年来，作物抗性育种一直依赖自然或人工授粉 这个过程漫长且成本高昂。如今，中国科学院遗传与发育生物学研究所的科学家通过基因编辑技术创造出新型花朵，可由人工智能控制的机器人实现全天候便捷授粉，重新定义了授粉流程。

这项名为"基于人工智能机器人的基因组编辑系统（Genome Editing with Artificial-Intelligence-based Robots, GEAIR）"突破了杂交育种的长期瓶颈：杂交育种需要通过不同亲本间的异花授粉获得更高产、更强壮的作物。但由于番茄和大豆等关键作物的雌蕊深藏且花器结构复杂，导致机器人自动化操作困难，目前仍需依赖缓慢而昂贵的人工授粉。相关研究成果于8月11日发表在《细胞》期刊上。

论文通讯作者许操（Cao Xu）教授指出："人手虽然能操作这些花朵，但代价高昂。"仅在中国，鲜食番茄育种中人工授粉成本占比就超过25%。其中去雄环节（去除雄性器官以防止自花授粉）更是消耗了40%的人工成本。大豆的紧闭花器阻碍了自然异花授粉，迫使育种者采用劳动密集型人工授粉，导致农民至今无法获得超过30%的杂种优势增产效益。

受农业机械化"绿色革命"启发，该团队开创了"作物-机器人协同设计"新模式，培育适合机器人操作的作物。在作物设计方面，他们使用CRISPR-Cas9基因编辑工具靶向调控花器发育的B类MADS-box基因（如番茄中的GLO2），成功获得兼具雄性不育（免除去雄步骤）和柱头外露特性的植株。"我们为机器重塑了花器结构，"许教授表示。

为匹配新型作物，GEAIR定制机器人搭载基于深度学习的计算机视觉系统，可识别待授粉花朵，通过精密机械臂进行花粉投递 在保持人类操作效率的同时实现24小时不间断工作。

该系统功能不仅限于异花授粉：还能辅助自花授粉（有望在受控环境中替代熊蜂）、收集花粉，甚至通过识别外露柱头来筛选雄性不育或可育植株 无需昂贵的DNA检测。

结合加速育种（通过延长光照周期促进生长）和从头驯化（快速导入野生性状）技术，GEAIR大幅缩短育种周期。团队通过开发风味更浓郁、抗逆性更强的番茄新品系验证了该体系，该方法同样适用于大豆，展现出广阔的农业应用前景。

"GEAIR不仅是工具，更是范式革命，"许教授强调，"我们通过重新设计作物来释放人工智能和机器人的潜力，而这些技术正加速我们培育更优作物的能力。"

这项研究标志着农业新纪元的开启：通过对植物和机器的协同设计，科学家正在为更快、更便宜、更可持续的作物育种铺平道路 这对日益增长的全球粮食系统韧性需求至关重要。

值得注意的是，该策略具有普适性。多重基因编辑成功在大豆这一全球重要豆科作物中重现了雄性不育且柱头外露的表型，表明GEAIR系统有望广泛应用于其他受类似花器结构限制的主要作物杂交育种领域。（100yiyao.com）

参考文献：

Yue Xie et al, , Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.07.028.

Flowers redesigned for robots: Gene editing and AI promise faster crop breeding

https://phys.org/news/2025-08-redesigned-robots-gene-ai-faster.html

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