近日，中国农业科学院生物技术研究所玉米功能基因组创新团队，系统综述了人工智能技术驱动的作物合成生物育种技术在改良作物产量性状和提高环境适应性方面的应用，总结了基于合成生物学和遗传元件优化在作物中的典型应用场景，并提出了基于合成生物学驱动的“SMART作物”理念，为培育优良作物品种提供了新策略和方法。相关研究发表在《植物通讯（Plant Communications）》上。

随着全球人口的增长和气候的急剧变化，预计到2050年，粮食产量的缺口将达70%。传统育种方法周期长、成本高，难以满足作物产量的增长需求。合成生物学和人工智能技术结合，通过基因网络重组和大数据优化，能精准高效地改良作物的关键性状和环境适应能力，显著提升育种效率和作物生产力。文章系统总结了基因编辑、遗传模块重组、多组学优化、AI驱动的蛋白质工程和遗传模块筛选等策略在复杂遗传模块改造中的应用，阐述了合成生物学在促进作物高产、优化代谢途径、提升环境适应性及表观遗传调控中的作用，提出了“SMART”作物理念，有效提高作物在气候变化和资源受限环境中的生产力，助力应对全球粮食安全的挑战。此外，文章还探讨了AI驱动的合成生物学在蛋白质定向进化中的应用前景及作物改良面临的挑战，为作物性状改良和环境适应性提升提供了新策略。

• 图注：SMART作物育种途径

生物所普莉研究员和乐亮副研究员为本文通讯作者，生物所博士研究生张道磊和已毕业博士徐帆（现中国林业科学研究院林业研究所）为共同第一作者，生物所博士研究生王繁华也参与了该工作。该工作得到农业生物育种重大专项、中国农业科学院创新工程等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.101220