9月1日，植物科學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)（PSRN）[1]通過開放獲取期刊《Plant Direct》發(fā)布《2020~2030年植物科學(xué)十年愿景：重新構(gòu)象植物對健康和可持續(xù)未來的潛力》報告[2]。該報告是2013年發(fā)布的第一個十年愿景的更新版，由PSRN組織召開的2019年植物峰會的參會人員共同研制。

該愿景旨在未來10年對研究群體、科學(xué)協(xié)會、聯(lián)邦資助機構(gòu)、私人慈善機構(gòu)、公司、教育工作者、企業(yè)家和早期職業(yè)研究人員等提供幫助和指導(dǎo)。報告聲明植物科學(xué)界以協(xié)作、多樣、融合和公平為指導(dǎo)價值，關(guān)注人與科學(xué)元素的交叉，并要求綜合實施促進研究、人員和技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略。在此基礎(chǔ)上，報告提出了8個跨學(xué)科目標(biāo)，其中研究目標(biāo)4個，人員目標(biāo)2個，技術(shù)目標(biāo)2個，每個目標(biāo)都有若干相應(yīng)的行動計劃。

一、研究目標(biāo)

1、利用植物增強地球的適應(yīng)力。該目標(biāo)的重點是創(chuàng)建數(shù)字生物圈和預(yù)測植物系統(tǒng)近期的漏洞，提出采取6項行動計劃。

（1）為所有植物（包括藻類）及其相關(guān)生物群繪制系統(tǒng)發(fā)育樹，構(gòu)成全球在線目錄的基礎(chǔ)。

（2）從戰(zhàn)略上選擇廣泛的系統(tǒng)發(fā)育和生態(tài)學(xué)多樣化的植物譜系，深入分析其在自然環(huán)境中的形態(tài)、解剖、生理、生態(tài)、基因組和遺傳學(xué)。

（3）從互利共生到致病性，探究、確定和表征尚未發(fā)現(xiàn)的植物相關(guān)生物群，通過系統(tǒng)的研究了解其對生物多樣性的貢獻。

（4）加強繪制物種分布和威脅的全球圖譜，以闡明趨勢并實現(xiàn)對近期脆弱性的預(yù)測。

（5）開發(fā)有效的方法挖掘數(shù)百年來的科學(xué)研究、生物多樣性文獻和標(biāo)本，并整合新舊數(shù)據(jù)，以開發(fā)有用的生態(tài)和進化模型，從而對當(dāng)前的環(huán)境退化以及成功緩解和適應(yīng)氣候變化所需采取的步驟有所了解。

（6）對上述行動1到行動5積累的數(shù)據(jù)加強使用和管理，擴大對種間相互作用、食物網(wǎng)、生態(tài)系統(tǒng)和生物群落的了解，以理解和減輕從基因到生物圈的各個層次的生物組織環(huán)境變化的影響。

2、用于多樣性驅(qū)動的可持續(xù)植物生產(chǎn)系統(tǒng)的先進技術(shù)。該目標(biāo)的重點是改良作物系統(tǒng)、創(chuàng)新作物技術(shù)及拓展農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)的含義，提出采取6項行動計劃。

（1）確定并應(yīng)用遺傳機制提高作物的抗災(zāi)能力和生產(chǎn)力，同時在不增加碳足跡的情況下，滿足人口增長需求，同時保持農(nóng)民和農(nóng)場工人的盈利能力和生計。

（2）確定并開發(fā)用于馴化和生產(chǎn)的替代作物，包括生產(chǎn)纖維的植物，并與營養(yǎng)學(xué)家、食品科學(xué)家和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟學(xué)家合作評估其利弊。

（3）在作物輪作方面實現(xiàn)多樣化生產(chǎn)，以提高抵御力和經(jīng)濟回報，同時減少外部能源投入并確保農(nóng)場的營養(yǎng)輸出。

（4）了解并應(yīng)用植物基因組研究來減少植物病害，提高水效率和養(yǎng)分利用率，保持土壤健康并提高植物生產(chǎn)力。

（5）通過栽培和管理實踐，以及遺傳改良，將農(nóng)業(yè)用水和肥料分別減少20%和15%。

（6）通過采用新型機器人技術(shù)等措施，大幅度減少植物生產(chǎn)中殺菌劑和農(nóng)藥的使用。

3、發(fā)展21世紀(jì)植物科學(xué)應(yīng)用，以改善營養(yǎng)、健康和福祉。該目標(biāo)的重點是提高植物的營養(yǎng)價值及加強與其他學(xué)科的交叉與合作，提出采取4項行動計劃。

（1）開發(fā)新型高通量植物產(chǎn)品工具，以評估其在促進人類健康、營養(yǎng)和福祉方面的潛力。

（2）全面了解植物系統(tǒng)衍生的分子賦予有益或不利性狀的遺傳、進化和環(huán)境成分。與環(huán)境經(jīng)濟學(xué)家建立伙伴關(guān)系，以開發(fā)量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、娛樂收益和其他環(huán)境收益的指標(biāo)。

（3）與藥理學(xué)家、藥用植物學(xué)家、本地居民及營養(yǎng)和食品科學(xué)家合作，了解人體的代謝過程并確定基于植物的醫(yī)療化合物的目標(biāo)。確定通過改良和育種增強植物系統(tǒng)可以實現(xiàn)健康改善。

（4）通過加強城市林業(yè)、植樹造林和綠化、生物修復(fù)、城市農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護，開發(fā)技術(shù)以改善健康和福祉，并減少人口密集環(huán)境中的環(huán)境影響。

4、推出透明植物[3]——一種用于識別機制并解決緊急和棘手問題的交互式工具。該目標(biāo)的重點是透明植物工具開發(fā)、透明植物基因組研究和透明植物模擬，提出采取6項行動計劃。

（1）開發(fā)透明植物預(yù)測的理想性狀清單，并為強化實驗確定物種和基因型的優(yōu)先級。

（2）從戰(zhàn)略上選擇涵蓋進化和生態(tài)多樣性（包括C3和C4植物）的優(yōu)先物種，資助開展轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物組和表型組學(xué)研究。

（3）擴展和標(biāo)準(zhǔn)化基因組數(shù)據(jù)庫，以識別在植物基因組中發(fā)現(xiàn)的DNA調(diào)控元件和優(yōu)先物種的參考表型數(shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)庫將包括基因組變異、表觀基因組標(biāo)記和DNA修飾、基因表達模式、小RNA、發(fā)育階段、環(huán)境響應(yīng)以及基因調(diào)控和代謝網(wǎng)絡(luò)。

（4）資助進行實驗、數(shù)據(jù)整理和整合，以盡可能確定優(yōu)先物種中較多蛋白質(zhì)編碼基因的功能，以及所有非編碼基因的目標(biāo)途徑或條件。

（5）利用收集到的數(shù)據(jù)，支持開發(fā)解剖、建模和模擬植物過程的新工具，以對植物響應(yīng)進行多尺度分析和預(yù)測。

（6）開發(fā)一個測試透明植物的虛擬現(xiàn)實模塊和可視化工具，重點關(guān)注諸如交互、可伸縮性和預(yù)測能力等關(guān)鍵方面和能力。

二、人員目標(biāo)

5、為培養(yǎng)適應(yīng)性強的多樣化科學(xué)家重構(gòu)工作場所。該目標(biāo)的重點是虛擬化工作場所，培育公平、多元化和包容性及重新校準(zhǔn)研究貢獻的評價，提出采取5項行動計劃。

（1）激勵學(xué)術(shù)機構(gòu)重新考慮教師聘用和晉升標(biāo)準(zhǔn)，重視跨學(xué)科合作、團隊科學(xué)以及支持EDI（公平、多元化和包容性）增長的活動。

（2）確保代表人數(shù)不足的教職員工在支持EDI中所發(fā)揮的巨大作用能夠被充分認(rèn)可并給予獎勵。

（3）直接資助研究生，提供多點指導(dǎo)，并結(jié)合利用個性化發(fā)展計劃。

（4）為多樣化的職業(yè)路徑提供量身定制的T培訓(xùn)（可遷移技能培訓(xùn)）機會，并為強調(diào)跨學(xué)科整合的研究生和博士后培訓(xùn)提供微認(rèn)證。

（5）支持工作場所虛擬化的基礎(chǔ)設(shè)施和計算資源，并利用該能力加速協(xié)作研究和社區(qū)科學(xué)。

6、培養(yǎng)從事植物科學(xué)研究的能力和興趣。該目標(biāo)的重點是加強科學(xué)交流、發(fā)展早期植物意識、植物系統(tǒng)科學(xué)職業(yè)選擇及社區(qū)直接參與科學(xué)等，提出采取4項行動計劃。

（1）改進和普及針對當(dāng)前和下一代植物系統(tǒng)科學(xué)家的科學(xué)交流培訓(xùn)。

（2）將現(xiàn)代植物科學(xué)教育整合到針對中學(xué)和大學(xué)課程的標(biāo)準(zhǔn)化測試和課程中，利用科學(xué)社團網(wǎng)絡(luò)分配課程計劃并擴大組織之間的協(xié)同活動。

（3）開發(fā)資源和培訓(xùn)模塊，以使下一代植物科學(xué)家為多樣化的職業(yè)路徑做好準(zhǔn)備。

（4）增加植物科學(xué)家的公眾參與，特別是通過支持自由選擇學(xué)習(xí)。

三、技術(shù)目標(biāo)

7、開發(fā)可以徹底變革研究的新技術(shù)。該目標(biāo)的重點是高通量技術(shù)、便攜式實驗室，提出采取3項行動計劃。

（1）投資從亞細(xì)胞到景觀水平的高通量成像技術(shù)。

（2）改進傳感器技術(shù)，以監(jiān)測植物過程、代謝組學(xué)以及與環(huán)境的相互作用。

（3）使用邊緣計算開發(fā)便攜式實驗室技術(shù)，以便在現(xiàn)場進行實時數(shù)據(jù)捕獲和分析。

8、管理和實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的潛力。該目標(biāo)的重點是信息基礎(chǔ)設(shè)施、現(xiàn)場應(yīng)用的數(shù)據(jù)通訊、機器學(xué)習(xí)和人工智能，提出采取5項行動計劃。

（1）建立和擴展資源，以實現(xiàn)多模式數(shù)據(jù)的集成，包括本體、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和參考數(shù)據(jù)集。

（2）擴展經(jīng)過廣泛驗證和有據(jù)可查的工具、模型和服務(wù)資料庫，以分析多模式數(shù)據(jù)，包括但不限于機器學(xué)習(xí)模型和人工智能軟件。

（3）加強現(xiàn)有主要存儲庫和分析中心的互操作性和聯(lián)合，以獲取有關(guān)植物系統(tǒng)的多模式數(shù)據(jù)，包括Web服務(wù)和語義工具的擴展。

（4）改進算法和硬件，以支持現(xiàn)場處理多模式數(shù)據(jù)流和現(xiàn)場分析智能，包括高級MEC系統(tǒng)。

（5）實現(xiàn)所有農(nóng)村社區(qū)的高速（當(dāng)前為5G）互聯(lián)網(wǎng)連接，以便數(shù)據(jù)分析中心、研究科學(xué)家、推廣人員、農(nóng)民和生態(tài)系統(tǒng)管理人員都可以集成到植物系統(tǒng)知識網(wǎng)絡(luò)中。                           （袁建霞）

[1] 植物科學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)（PSRN）成立于2015年，匯集了來自農(nóng)學(xué)、植物學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、細(xì)胞發(fā)育、化學(xué)、作物科學(xué)、生態(tài)學(xué)、教育、進化、遺傳學(xué)、基因組學(xué)、園藝、植物病理學(xué)、土壤科學(xué)和分類學(xué)的15個科學(xué)和專業(yè)學(xué)會的代表。這15個科學(xué)和專業(yè)學(xué)會分別是：美國植物病理學(xué)會、美國園藝科學(xué)學(xué)會、美國農(nóng)藝學(xué)會、美國植物生物學(xué)家學(xué)會、美國植物分類學(xué)家學(xué)會、獨立植物研究所協(xié)會、美國植物學(xué)會、本科生研究理事會、美國作物科學(xué)學(xué)會、美國生態(tài)學(xué)會、美國遺傳學(xué)會、全球植物理事會、北美擬南芥指導(dǎo)委員會、北美植物化學(xué)學(xué)會和美國土壤科學(xué)學(xué)會

[2] Plant science decadal vision 2020–2030: Reimagining the potential of plants for a healthy and sustainable future. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pld3.252

[3] “透明植物”是一種交互式的可視化和查詢工具，是一種描述植物及其組成部分的數(shù)字方式，最終為設(shè)計自主植物的創(chuàng)建提供支持

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