由我国科学家领衔的植物星球计划于今年2月正式启动，目前已吸引全球40多家科研机构的科学家参与。在广东省深圳市大鹏新区，中国农业科学院深圳农业基因组研究所的科研人员正推进一项工作——重建“陆地植物生命之树”。
植物占地球生物总量80%以上，但人类对它们的了解仍有限。全球陆地植物大约有45万种，当前超过99%的陆地植物缺乏高质量的参考基因组。截至2024年底，95%的属、70%的科、51%的目缺乏参考基因组数据，这限制了对植物多样性、适应性及功能潜力的深入认知与应用开发。科学家研究较深入的，集中在水稻、小麦等农作物和拟南芥等少数模式植物上；对广袤野生植物的认知仍几乎一片空白。
该计划希望通过采集缺乏参考基因组的目、科、属样本，并借助系统发育基因组学方法，构建高分辨率、时间校准的完整陆地植物系统发育树，厘清主要植物类群之间的亲缘关系与分化时间，绘制完整的“植物生命之树”。
中国农业科学院院长、中国科学院院士黄三文表示，翻开一本数百页的大书，如果仅熟悉其中几页，难以读懂全书；仅凭碎片化的植物基因组数据，科学家也无法从整体上把握植物生命演化全貌。全球科学家期望打破植物研究困在少数模式物种的“孤岛”现状，把碎片化认知串联成完整知识体系，推动植物科学从“零散的知识”走向“系统性解码”，为全球植物学界搭建开放共享、标准化的科学基础数据库。
研究也有现实考量。以保障全球粮食安全为例，通过解码陆地植物的遗传密码，可挖掘野生物种丰富的遗传宝库，弥补作物品种中丢失的抗逆、高产性状等优异基因，从而培育高质高产作物。物种保护同样紧迫：过去100年，每年至少有3个植物物种永久灭绝，这是自然灭绝速度的500倍以上。对濒危物种进行测序、永久保存其遗传信息，有望打造一艘植物的“数字诺亚方舟”。
根据计划，未来3年，科学家将集中攻克系统发育上的关键缺口，优先为所有缺乏参考基因组的目、科进行基因组解码。之后10—12年，研究将拓展到90%的被子植物的属和90%非开花植物的科，并利用这些数据回答一系列科学问题。
植物基因组数据庞大，读懂基因组这本“大书”需要海量基础工作。AI与大数据技术的深度融合，正在为科学家提供解读工具，推动植物学研究从经验主导向数据驱动转型。
北京大学教授、中国科学院院士鄂维南介绍，绘制“植物生命之树”并非心血来潮。首先是基因组测序技术成本大幅下降。2000年发布的首个植物基因组——拟南芥基因组，由多国团队历时4年、耗费约7000万美元完成。今天，完成一个高质量植物基因组测序，成本不及当年的万分之一，且最快1个月便能交付。
鄂维南认为，AI可看作植物基因组研究的“超级加速器”和“智能解码器”。在“超级加速器”方面，过去一个中等复杂度的植物基因组，从结构注释到功能推断，往往需要科研团队连续工作3—6个月，且高度依赖人工经验判断；面对数万甚至数十万个植物基因组，这种模式难以持续。AI能实现跨物种的高通量、标准化、自动化基因注释，把原本需要数月完成的工作缩短到几天，并保持较高整体准确率。通过AI对跨物种全谱系植物基因组的学习，科学家还能把“知识孤岛”连成“完整大陆”。
在“智能解码器”方面，传统作物育种从野生植物中寻找抗旱、耐盐、抗病优质基因，犹如大海捞针，一个创新型品种从筛选到落地往往要十几年甚至几十年。AI能结合高质量植物基因组数据，用系统发育信息锁定进化中高度保守的功能位点，再精准定位育种关键靶点，把“大海捞针”变成“精准导航”。
根据设想，植物星球计划希望发现100种潜在的经济作物，以及1000种具有活性的天然产物用于药物开发，为全球粮食安全与人类健康研究提供新引擎。
德国马克斯·普朗克生物学研究所研究员、美国科学院院士、德国科学院院士德特勒夫·魏格尔表示，发起植物星球计划不仅是为了填补数据库空白，更因为这些基因组将改变对植物演化的理解，指导受威胁物种保护，推动下一代作物育种。他相信，二三十年后，人们行走在森林中，用一种类似《星际迷航》中“三录仪”的设备，可以当场读取周围任何物种的基因组，并理解是什么让那株植物独一无二、它能提供什么以及如何保护它。
北京大学现代农业研究院院长邓兴旺指出，作物育种有两个痛点：一是长期定向驯化带来的遗传多样性严重收缩，二是难以挖掘到野生优异基因。
以小麦为例，小麦是三大主粮之一，也是我国保障粮食安全的重要作物。过去100多年，小麦育种沿用传统杂交选育模式，育成一个稳定品种要8—12年，且品种遗传基础狭窄，抗病、抗逆能力持续退化。数据显示，现代栽培小麦的遗传多样性不到野生近缘种的30%，大量抗锈病、抗赤霉病、抗旱、耐盐碱的基因藏在野生种里。过去没有这些野生种的完整基因组，想找到一个可用抗病基因，往往要花5—8年甚至更久。借助“植物生命之树”全景图，科学家既能锁定目标优异基因，也能打开野生植物的遗传宝库，充分挖掘小麦基因潜力，做到高效育种。
随着植物星球计划的推进，未来将拥有一个理解、保护和利用植物生命的基础性操作平台，把植物从“熟悉的陌生人”变成真正理解的“生命伙伴”。