文章信息
文章题目：Engineering crop flower morphology facilitates robotization of cross-pollination and speed breeding
期刊：Cell
发表时间：2025 年 8 月 11 日
主要内容：中国科学院遗传与发育生物学研究所许操研究员带领的智能育种攻关团队在 Cell 发表了题为“Engineering crop flower morphology facilitates robotization of cross-pollination and speed breeding”的研究论文。该研究将 BT (生物技术) +AI (人工智能) 深度融合，首次提出作物-机器人协同设计的“双向奔赴”理念，通过基因编辑重新设计作物花型，快速精准创制“机器人友好”的结构型雄性不育系，运用深度学习和人工智能成功研制世界首台可自动巡航杂交授粉的智能育种机器人“吉儿” GEAIR (Genome Editing with Artificial-Intelligence-based rRobots, GEAIR)，打破杂交育种和制种瓶颈，大幅降低育种成本、缩短育种周期、提高育种效率。该研究开辟了“BT 筑基+AI 赋能+机器人(Robot)劳作”的智能育种(BAR)模式，标志着我国率先完成智能机器人育种闭环技术体系构建，在生物育种范式革新和催生新质生产力方面展现了“AI for Science”的重大应用前景。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.07.028
使用TransGen产品：
pEASY®-Blunt Simple Cloning Kit (CB111)
背景介绍
杂种优势的利用显著提升了作物单产，为粮食安全作出重要贡献。全球杂交种子市场规模持续增长，但杂交育种和制种的高成本和低效率成为制约杂种优势利用的重要瓶颈。传统杂交育种和制种依赖人工去雄和授粉，耗时耗力且成本高昂。例如，番茄杂交种因闭合花型完全依赖人工进行杂交授粉，人工成本占总育种成本的 25% 以上；大豆杂交种虽具 30% 增产潜力，却因花型闭合难以杂交制种。柱头外露的结构型雄性不育系可免除上述操作，一直是杂交育种和制种的理想性状，但传统方法获取结构型雄性不育系依赖自然变异或大规模诱变筛选，不仅耗时费力且遗传背景受限。虽然基因编辑技术尝试通过编辑调控花粉育性基因和花柱伸长相关的基因来创制柱头外露型不育系，但目前仍未成功。
文章概述
许操团队创新性地利用基因编辑靶向番茄雄蕊发育的 MADS-box 基因 GLO2，成功创制出柱头自然外露的结构型雄性不育系，且不影响杂交果实产量和种子质量，该突破性技术克服了遗传背景限制，有望彻底摆脱人工杂交授粉，大幅提升番茄育种效率并降低成本。而柱头外露型雄性不育系的产生扫除了人工智能机器人进行杂交授粉操作的最大障碍，使得机器人代替人工进行智能自动化杂交育种和制种成为可能。许操与杨明浩团队联合开发出智能授粉机器人"吉儿"，用 12,800 张图像进行花朵定位、分割掩膜标记及柱头朝向检测的训练和测试，训练了 YOLACT_Orient 深度学习神经网络模型，花朵检测准确率达 82.0%，单帧推理耗时仅 0.06 秒。运用伪双目测距策略，通过 SURF 特征匹配与 RANSAC 算法计算柱头 3D 坐标，使定位误差控制在 7.67 mm 内，计算耗时 0.045 秒。最后，螺旋伺服授粉策略结合轻量级神经网络确保花粉能够准确轻柔地递送至柱头表面，避免损伤柱头，保证授粉成功率。基于人工智能算法，智能授粉机器人柱头识别准确率可达 85.1%，每授粉一个花朵仅耗时 15 秒，单次巡航授粉实现了 77.6% ± 9.4% 的成功率，可全天候不间断进行反复巡航自动杂交授粉以确保每朵花成功授粉坐果，为温室杂交授粉提供了高效自动化解决方案。并且“吉儿”机器人的零部件国产化自主率已达 95% 以上，整机成本极具应用前景。
研究团队将"吉儿"机器人与"从头驯化"和"快速育种"技术整合，建成智能育种工厂，将野生近缘种育种周期从 5 年缩短至 1 年，显著提升了作物抗逆性和风味品质。该技术为破解野生种育种潜力难题提供了创新方案。针对大豆杂交育种难题，团队成功将"吉儿"系统应用于大豆，创制出结构型雄性不育系，节省 76.2% 人工授粉时间，为我国实现大豆杂交育种突破、大幅提升单产提供了智能化技术装备支撑（图1）。
图1 作物花型重塑与 AI 机器人协同设计实现智能自动化杂交育种
该研究通过 BT+AI 交叉融合解决重大科技问题和产业难题，具有广阔的应用前景。上述结构型雄性不育系创制技术和智能育种机器人相关技术已申请国家专利和 PCT 国际专利，许操研究员带领的智能育种攻关团队正在将“育种-生产-采收-追溯”全产业链进行 BT+AI 融合，研发机器人育种家“吉儿 2.0 版”，并将结构型雄性不育系拓展应用于不同作物。
全式金生物产品支撑
优质的试剂是科学研究的利器。全式金生物的 Blunt Simple 基因克隆试剂盒（双抗性、平末端）（CB111）助力本研究。产品自上市以来，深受客户青睐，多次荣登知名期刊，助力科学研究。
pEASY®-Blunt Simple Cloning Kit (CB111)
本产品消除了 pEASY®-Blunt Cloning Vector上的多克隆位点，克隆后的 PCR 产物无法使用 pEASY®-Blunt Cloning Vector 上多克隆位点的限制性内切酶切下。包含 LacZ 基因，在含有 IPTG 和 X-gal 的平板培养基上，可进行蓝白斑筛选，适用于平端克隆。
产品特点
● 快速：仅需 5 分钟。
● 简单：加入片段即可。
● 高效：阳性率高。
● 提供氨苄青霉素和卡那霉素两种筛选标记。
● 方便在目的基因上设计酶切位点。
● T7 Promoter 用于体外转录。
● Trans1-T1 感受态细胞转化效率高，生长速度快，确保克隆数，节约筛选时间。
全式金生物的产品再度亮相 Cell 期刊，不仅是对全式金生物产品卓越品质与雄厚实力的有力见证，更是生动展现了全式金生物长期秉持的“品质高于一切，精品服务客户”核心理念。一直以来，全式金生物凭借对品质的执着追求和对创新的不懈探索，其产品已成为众多科研工作者信赖的得力助手。展望未来，我们将持续推出更多优质产品，期望携手更多科研领域的杰出人才，共同攀登科学高峰，书写科研创新的辉煌篇章。
使用 pEASY®-Blunt Simple Cloning Kit (CB111) 产品发表的部分文章：
• Zhang X, Meng W, Liu D, et al. Enhancing rice panicle branching and grain yield through tissue-specific brassinosteroid inhibition[J]. Science, 2024.(IF 56.90)
• Xie Y, Zhang T, Yang M, et al. Engineering crop flower morphology facilitates robotization of cross-pollination and speed breeding[J]. Cell, 2025.(42.50)
• Zhang W, Wan H, Feng G, et al. SIRT6 deficiency results in developmental retardation in cynomolgus monkeys[J]. Nature, 2018.(IF 41.57)
• Wu X, Yu C, Mu W, et al. The structural mechanism for transcription activation by Caulobacter crescentus GcrA[J]. Nucleic Acids Research, 2023.(IF 19.16)
• Li Y, Du Y, Huai J, et al. The RNA helicase UAP56 and the E3 ubiquitin ligase COP1 coordinately regulate alternative splicing to repress photomorphogenesis in Arabidopsis[J]. The Plant Cell, 2022.(IF 12.00)
• Li L, Fang C, Zhuang N, et al. Structural basis for transcription initiation by bacterial ECF σ factors[J]. Nature communications, 2019.(IF 11.88)
• Qi J, Wu B, Feng S, et al. Mechanical regulation of organ asymmetry in leaves[J]. Nature plants, 2017.(IF 11.47)
• Wang X, Liu C, Zhang S, et al. N6-methyladenosine modification of MALAT1 promotes metastasis via reshaping nuclear speckles[J]. Developmental cell, 2021.(IF 10.09)
• Wu M, Ren Y, Cai M, et al. Rice FLOURY ENDOSPERM 10 encodes a pentatricopeptide repeat protein that is essential for the trans‐splicing of mitochondrial nad1 intron 1 and endosperm development[J]. New Phytologist, 2019.(IF 7.30)
• Geng X, Zhang C, Wei L, et al. Genome-wide identification and expression analysis of cytokinin response regulator (RR) genes in the woody plant Jatropha curcas and functional analysis of JcRR12 in Arabidopsis[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2022.(IF 6.21)
• Zhang Q, Cao Y, Wang J, et al. Isolation and characterization of an astrovirus causing fatal visceral gout in domestic goslings[J]. Emerging microbes & infections, 2018.(IF 6.03)
• Liu S, Zhang M, Bao Y, et al. Characterization of a Highly Selective 2 ″-O-Galactosyltransferase from Trollius chinensis and structure-guided engineering for improving UDP-glucose selectivity[J]. Organic Letters, 2021.(IF 6.00)
