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

中国旱作农业源自何处？专家称至少包括黄河西辽河两个起源中心******

　　资料图：刘国祥研究员在第六届世界小米起源与发展会议上做报告。　中新社记者 孙自法　摄

　　中新网北京12月27日电 (记者孙自法)农业起源和人类起源、文明起源一道并称为考古学研究的三大课题，其中，农业包括旱作农业和稻作农业，中国旱作农业如何起源、从哪里起源等问题，长期以来在学界有一定争议，也备受关注。

　　在中国社会科学院考古研究所刘国祥研究员看来，中国旱作农业可能不只有一个起源地，至少应包括黄河流域和西辽河流域两个起源中心。

资料图：内蒙古敖汉旗一处小米种植基地。　中新社记者 孙自法 摄

　　由中国社会科学院考古研究所、中国科学院地理科学与资源研究所、赤峰市及敖汉旗政府等共同主办的第九届世界小米起源与发展会议，12月27日以线上线下相结合方式举行。刘国祥以《敖汉旱作农业与西辽河流域史前文明》为题作学术报告指出，传统观点认为，地处黄河流域的中原地区是旱作农业的发源地，但西辽河流域内蒙古敖汉旗兴隆沟遗址炭化粟、黍遗存等发现，引发出关于中国旱作农业起源问题的新思考。

　　刘国祥说，目前许多学者认为，西辽河流域的自然环境具有脆弱性、多变性和不稳定性，会使人类具有食物短缺的压力，当地的草原生态系统虽较为干旱，但河流仍能提供充足的水源，加之粟、黍的生命力顽强，完全具备农业发展的条件，非常有可能催生原始农业的产生。因此，中国旱作农业可能不只有一个起源地，至少应包括黄河流域和西辽河流域两个起源中心。

　　从考古学文化视角，中国北方旱作农业发展历经小河西文化时期(距今约9000-8500年)的萌芽阶段、兴隆洼文化时期(距今约8200-7200年)的形成阶段、赵宝沟文化时期(距今约6700-6400年)的发展阶段、红山文化时期(距今约6500-5000年)的成熟阶段、小河沿文化时期(距今约5000-4000年)的过渡阶段、夏家店下层文化时期(距今约4000-3400年)为鼎盛阶段。

资料图：内蒙古敖汉旗展示当地小米磨制过程。　中新社记者 孙自法 摄

　　他建议，今后应继续加强田野考古工作，围绕敖汉旱作农业系统，以河流为中心，系统获取土样，通过炭化籽粒建立当地旱作农业系统谱系，加强旱作农业系统的保护与延续。

　　刘国祥表示，兴隆洼文化兴隆沟遗址浮选出土的炭化粟和黍，经中外三家不同的碳十四实验室年代测定，证实兴隆沟出土粟的年代距今约7650年，这是目前世界上发现最早的小米实物遗存之一，也是唯一经过精确年代测定的最早的小米遗存，表明当地是以粟、黍为主的旱作农业起源地。英国剑桥大学马丁·琼斯教授到敖汉旗兴隆沟遗址进行考察，也得出欧洲小米是由中国西辽河流域最早栽培并由东向西传入的研究结论。“考虑到兴隆沟遗址所处位置，其很有可能是小米向欧洲传播的起始点”。

　　即将到来的2023年已被联合国确定为“国际小米年”。刘国祥认为，“国际小米年”将提供机会引导政策关注，从而为敖汉小米等产业发展带来新机遇、新起点。同时，“国际小米年”也将推动对旱作农业考古文化更深入的研究、更好的保护和传承。(完)