数学模型“算”出梅花抗寒基因
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2026-04-13 12:16:52
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本报讯(记者 刘苏雅)记者4月9日从北京雁栖湖应用数学研究院获悉,该院院长丘成桐、副院长邬荣领带领团队提出个体化数量遗传学理论,用数学工具建立个体基因调控“说明书”,并与北京林业大学合作解析了淡丰后梅耐寒性的遗传调控机制。未来,相关理论有望推广至医疗领域,用数学研究造福人类健康。

探究植物复杂性状的遗传调控机制,是现代生物学的核心难题。“就像是建一栋大楼,要考虑每块砖头的布局以及整体的结构设计。看似普通的几个基因共同作用,能实现‘一加一大于二’的效果,这就是复杂系统中的涌现现象。”邬荣领说,植物性状精准调控的关键,就藏在错综复杂的基因交互中,传统的数量遗传学理论很难解决这个难题。

任何数据中,都藏着一张“图”。丘成桐与邬荣领在图统计学理论研究领域取得新进展,描绘出复杂系统中点与点之间的内在联系。这是来自北京科研团队“从0到1”的理论创造,目前已经在学术界得到应用。由此延展出的个体化数量遗传学理论,能利用数学模型解析动植物个体的基因相互作用网络。

这张精准的“基因导航图”,帮助育种专家为作物设计定制化改良方案,梅花成为这套理论的第一位“用户”。梅与杏杂交形成的淡丰后梅,具备优良的抗寒能力,从而能“北上”扎根我国北方地区。在复杂的基因相互作用网络中,科研团队抽丝剥茧,将两万余个基因分解为85个模块,用数学方法“算”出了淡丰后梅拥有的耐寒基因,并解析出相关的遗传效应。

在北京雁栖湖应用数学研究院,数学不再只是抽象的概念、公式,12个研究团队正在弥合基础数学、应用科学与产业之间的距离。梅花生长缓慢,一个好品种的诞生,往往需要育种专家十余年的培育过程。现在,这个过程有望在数学理论的助力下大幅加速,让植物基因对应的性状变化利用数学方法直接“算”出来,实现智能育种。

“遗传学研究中常出现这样的情况,某个基因的变化能让作物生长变快,但同时会影响抗病性。通过计算不同基因之间的作用网络,就能找到基因调控的‘说明书’,精准调控某一种性状。”邬荣领表示,相关理论还能推广至医疗健康领域,团队目前已经与北京协和医院、北京天坛医院等多家医疗机构展开合作,围绕阿尔茨海默病、衰老、影像治疗等方向开展探索,从海量数据中找到疾病背后的规律。

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