1研究背景
上世纪五六十年代的“绿色革命”通过半矮化育种让水稻、小麦产量飞跃，养活了全球数十亿人口。然而，这场革命的“功臣”—赤霉素（GA）通路相关基因突变，也带来了挥之不去的副作用：作物氮肥利用效率降低，导致农业生产对化肥的过度依赖，进而引发了严峻的环境问题。如何在保持高产的同时，减少化肥投入，实现农业可持续发展？答案或许就藏在植物激素之间的复杂对话之中。
2研究内容
独脚金内酯，这个2008年才被确认身份的植物激素，如今被证明其合成基因DWARF17是“绿色革命”基因sd1的伴侣基因，被育种家共同选择并广泛利用，促进了水稻育种的“绿色革命”。独脚金内酯同样深刻地影响着株高、分蘖（分枝）数目、根系形态等农艺性状（如图1所示）。
图1 赤霉素与独脚金内酯多方面协同调控植物生长发育
但是，赤霉素和独脚金内酯两大信号通路并非各行其是，而是通过错综复杂的网络紧密“对话”，共同协调作物的生长与代谢（如图2所示）。基于两种植物激素的多层次互作网络，文章提出了一个前瞻性的育种策略：通过精准聚合赤霉素和独脚金内酯两大通路中的优异等位基因，打破高产与低效之间的“跷跷板”效应，以及长期育种导致的遗传多样性狭窄给小麦和玉米育种带来的瓶颈问题。对此，文章展望了人工智能（AI）带来的新机遇。从AlphaFold精准预测蛋白结构，到GRAPE等工具实现蛋白质的定向进化，再到基于深度学习的基因组选择模型和精准基因编辑技术的发展，AI技术为“设计育种”装上了“加速器”。科学家可以借助这些工具，对赤霉素-独脚金内酯通路中的关键蛋白进行人工设计与进化，创制出既能保持理想株型，又能在不同环境下高效利用养分，甚至具备更强逆境抗性的全新种质。
图2 赤霉素与独脚金内酯信号多层次互作网络
综上所述，该综述不仅系统梳理了赤霉素与独脚金内酯协同调控作物发育与代谢的分子基础，更提出了整合AI技术与多通路基因聚合的“下一代绿色革命”新范式。这为应对全球粮食安全与气候变化挑战，培育“少投入、多产出、保护环境”的可持续农业新品种提供了重要的理论指导。
3研究团队
中国科学院遗传发育所傅向东研究员和胡杰副研究员为通讯作者，吴云哲、章双、张巧玲等为综述的构思和修改做出了重要贡献。该项工作得到了国家自然科学基金、新基石科学实验室等项目的资助。
