首页|期刊导航|植物学报|人工智能驱动的植物科学跨尺度融合研究:进展、挑战与展望

人工智能驱动的植物科学跨尺度融合研究:进展、挑战与展望OA

Artificial Intelligence-driven Multi-scale Research in Plant Science:Progress,Challenges,and Perspectives

中文摘要英文摘要

随着组学技术、高通量表型技术以及农业与生态系统长期观测网络的快速发展,植物科学领域积累了覆盖多组学、表型和环境等多个层级的海量、多源、多尺度数据资源,为认识植物复杂生命过程提供了新的研究基础.如何整合多源信息、揭示复杂生命过程的调控规律,并实现植物性状及环境响应的精准预测,日益成为当前植物科学发展的重要挑战.近年来,人工智能(artificial intelligence,AI)在多组学数据整合、基因功能预测、植物表型解析和复杂生命过程建模等方面展现出显著优势,为植物科学研究提供了新的分析方法和研究思路.该文围绕植物生命系统不同组织层级,系统梳理了人工智能在植物科学中的应用与研究进展,涵盖分子调控、性状形成、环境适应、农业生产及生态系统研究等多个方面,重点总结了AI在跨尺度数据整合、复杂生命过程解析及预测中的应用;同时分析了数据标准化与共享不足、模型可解释性有限、跨尺度融合能力不足以及机制解析薄弱等挑战.未来,推动数据驱动方法与生物学机制深度融合,构建跨尺度智能分析框架,将有助于植物科学研究由现象描述和关联分析进一步拓展至机制解析、功能预测与智能设计,为植物科学基础研究、智慧农业和资源可持续利用提供坚实的理论基础和技术支撑.

The rapid development of multi-omics technologies,high-throughput phenotyping technologies,and agricul-tural and ecosystem observation networks has generated massive,heterogeneous,and multi-scale datasets,spanning multiple layers of plant biological systems.Integrating these heterogeneous data to decipher complex biological proc-esses,and enable accurate prediction has become a major challenge in modern plant science.In recent years,artificial intelligence(AI)has emerged as a powerful approach for multi-omics integration,gene function prediction,plant pheno-typing,and modeling of complex biological processes,providing powerful tools and new perspectives for plant research.This review systematically summarizes recent advances in AI applications across multiple organizational levels of plant systems,covering molecular regulation,trait formation,environmental adaptation,agricultural production,and ecosystem research.Emphasis is placed on the roles of AI in cross-scale data integration,deciphering complex biological processes,and predictive modeling.We further discuss current challenges,including data quality and sharing,model interpretability,cross-scale coupling,and insufficient mechanistic understanding.Looking forward,AI frameworks that integrate data-driven approaches with biological knowledge and mechanistic models are expected to advance plant science from descriptive and correlative analyses toward mechanistic understanding,functional prediction,and intelligent design,thereby providing a stronger theoretical and technological foundation for basic plant research,smart agriculture,and the sustainable utilization of plant resources.

郑聪聪;高树琴;郭晓玉;王楠;马慧敏;钟上威;景海春;张玉成

中国科学院计算技术研究所,北京 100190中国科学院计算技术研究所,北京 100190中国科学院植物研究所,饲草种质高效设计与利用全国重点实验室,北京 100093中国农业科学院农业基因组研究所,岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心,农业农村部农业基因数据分析重点实验室,深圳 518124吉林农业大学农学院,长春 130118北京大学生命科学学院,基因功能研究与操控全国重点实验室,北大-清华生命科学联合中心,北京 100871中国科学院植物研究所,饲草种质高效设计与利用全国重点实验室,北京 100093||黄三角农高区院士工作站,国家盐碱地综合利用技术创新中心,东营 257300中国科学院计算技术研究所,北京 100190

人工智能植物科学多组学跨尺度融合数字植物

artificial intelligenceplant sciencemulti-omicscross-scale integrationdigital plant

《植物学报》 2026 (4)

555-570,16

中国科学院战略性先导科技专项(No.XDA0450203,No.XDB1290000)、中国科学院科研项目和国家重点研发计划(No.2022YFF1003200)

10.3724/CBB-2026-0138

评论