現(xiàn)代生物學(xué)中，解析植物復(fù)雜性狀的遺傳調(diào)控機(jī)制始終是一大挑戰(zhàn)。北京雁棲湖應(yīng)用數(shù)學(xué)研究院的科研團(tuán)隊(duì)近日取得突破性進(jìn)展，通過數(shù)學(xué)工具為動(dòng)植物基因調(diào)控建立“導(dǎo)航圖”，并在梅花育種領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)首次應(yīng)用。這一成果不僅為農(nóng)業(yè)育種提供新方法，更有望推動(dòng)醫(yī)療健康領(lǐng)域的精準(zhǔn)研究。

該團(tuán)隊(duì)由數(shù)學(xué)家丘成桐與生物統(tǒng)計(jì)學(xué)家鄔榮領(lǐng)共同領(lǐng)銜，創(chuàng)新性地提出個(gè)體化數(shù)量遺傳學(xué)理論。這一理論基于圖統(tǒng)計(jì)學(xué)框架，通過數(shù)學(xué)模型描繪基因網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間的相互作用關(guān)系，將傳統(tǒng)遺傳學(xué)中難以解析的復(fù)雜系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為可計(jì)算的模塊化結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)形象地比喻：“基因調(diào)控如同建造大樓，既要考慮單塊磚石的排列，更要設(shè)計(jì)整體架構(gòu)，多個(gè)基因的協(xié)同作用往往能產(chǎn)生超越個(gè)體效應(yīng)的疊加效果。”

在農(nóng)業(yè)應(yīng)用層面，科研人員以梅與杏雜交培育的淡豐后梅為研究對(duì)象。這種梅花品種憑借優(yōu)異的抗寒性成功在北方地區(qū)推廣種植，但其遺傳機(jī)制長(zhǎng)期未明。通過構(gòu)建包含兩萬余個(gè)基因的交互網(wǎng)絡(luò)，團(tuán)隊(duì)將其分解為85個(gè)功能模塊，精準(zhǔn)定位到控制耐寒性的關(guān)鍵基因組合。這項(xiàng)突破使育種專家能夠像“定制服裝”般設(shè)計(jì)作物改良方案，將傳統(tǒng)需要十余年的品種選育周期大幅縮短。

數(shù)學(xué)與生物學(xué)的深度融合在該研究院已形成系統(tǒng)化布局。目前12個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)正著力打破基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、應(yīng)用科學(xué)與產(chǎn)業(yè)實(shí)踐之間的壁壘。鄔榮領(lǐng)教授特別指出：“通過計(jì)算基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，我們不僅能優(yōu)化作物生長(zhǎng)速度，還能避免傳統(tǒng)育種中‘顧此失彼’的弊端——例如某個(gè)基因增強(qiáng)抗寒性卻削弱抗病性的矛盾現(xiàn)象。”

這項(xiàng)源于植物研究的理論正加速向醫(yī)療領(lǐng)域拓展。研究團(tuán)隊(duì)已與北京多家三甲醫(yī)院建立合作，針對(duì)阿爾茨海默病、衰老機(jī)制等復(fù)雜疾病開展數(shù)據(jù)挖掘。通過解析海量臨床數(shù)據(jù)中的基因交互模式，科研人員嘗試建立疾病發(fā)展的動(dòng)態(tài)模型，為個(gè)性化診療方案提供數(shù)學(xué)依據(jù)。這種跨學(xué)科研究范式，正在為生命科學(xué)領(lǐng)域開辟全新的研究路徑。