丰富多彩的植物世界。

■本报记者 李晨

植物占地球所有生物量的82%，而所有动物加起来占比还不到1%。植物对地球生态系统至关重要，但人们对植物的了解却远远不够。

近日，《细胞》在线发表了15个国家和地区40余家顶尖科研单位的科学家面向全球发起的植物星球计划（PLANeT），标志着该计划正式启动。这一计划最初在中国植物学会酝酿产生，由中国植物学会、中国农业科学院、中国科学院、北京大学等单位领衔发起，旨在通过解码陆地植物的遗传密码，构建一幅完整的“植物生命之树”图谱，系统解析陆地植物的基因组多样性，并在此基础上推动基础研究与应用创新的融合发展，以应对粮食安全、生物多样性保护等全球性挑战。

美国国家科学院院士、爱荷华州立大学教授Jonathan Wendel说：“这是一个非凡的计划，它将帮助我们理解植物基因组的深层联系。能参与其中，我深感荣幸。”

中国科学院院士、中国植物学会理事长、中国科学院植物研究所研究员种康指出，这项计划由中国科学家倡导并领衔，不仅是植物科学的里程碑，更是中国从学习、追赶到引领、合作的历史性跨越。

从碎片化数据到基因组“海洋”的征程

“每一棵树、每一种草本植物、每一种作物，都拥有各不相同的基因组。基因组是一本生物学的‘说明书’，靠数亿年的进化书写而成。”美国国家科学院院士、德国马克斯·普朗克生物学研究所研究员Detlef Weigel说，地球上大约有45万种陆地植物，它们为人类提供衣物，治愈疾病，产生人类呼吸的氧气，也是维系地球宜居生态系统的关键组成部分。

“然而，我们几乎还未真正读懂它们基因组中的内容，目前95%的属、70%的科，以及超过一半的目，还没有任何参考基因组。”Weigel说。

目前，地球生物基因组计划正致力于测序地球上所有真核生物的基因组；达尔文“生命之树”计划正在系统性测序英国和爱尔兰的物种；而脊椎动物基因组计划已在动物研究中取得了令人惊叹的成果。

“这些努力令人振奋，它们展示了当科学共同体围绕共同目标时凝聚的力量，但植物却落在了后面。”Weigel强调，此前，没有一个面向陆地植物基因组的国际协调一致的大规模系统计划。

“自2000年拟南芥基因组发布以来，26年过去了，我们仍处于植物基因组数据的‘碎片化时代’。”PLANeT主要负责人之一、中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员王丽说，以被子植物为例，尽管已解码了超过1000种植物的基因组，但仍有约94%个属和约34.5万个种的基因密码“黑匣子”尚未打开。大多数组学数据资源集中在少数物种上，形成了知识“孤岛”，而大量野生植物的基因资源无法被有效掌握和利用。

人们对于植物的认知状况仍然停留在少数知识“孤岛”上，缺乏通往其他“岛屿”的桥梁，更无法窥见整个植物生命“海洋”的全貌。这种数据缺口严重制约了人类对植物多样性、适应性及功能潜力的深入理解，直接影响到粮食安全、生物多样性保护和药物开发等关键领域。

“PLANeT的发起，源于人类对陆地植物认知的严重不足。”种康说，“这好比我们拥有一座宏伟的图书馆，却对其绝大多数书籍的内在篇章与核心思想一无所知。”

“在一个科研资源日益区域化、国际交流面临诸多不确定性的时代，我们为什么还要坚持一个全球性的科学工程？”中国科学院院士、中国农业科学院院长黄三文说，这触及到了PLANeT的核心命题。

“植物分布本来就是跨越国界的。植物是连接不同大陆和文明的自然纽带。一个物种的分布范围可能覆盖多个国家和地区，一个植物类群的演化历史可能涉及多个大陆。如果把植物基因组研究局限在某个国家或者区域内部，就等于把一个完整的生命故事撕裂成碎片。”黄三文说，在生物学中，“生命之树”表示生物的进化关系。“植物生命之树”是一个整体，任何区域的割裂都会让这幅生命的图景变得不完整。

从“盲人摸象”到智能育种

种康介绍，该计划的终极目标是绘制一幅高分辨率、时间校准的完整陆地植物系统发育树图谱，从根本上厘清所有主要植物类群之间的亲缘关系与分化时间。具体而言，2026年为所有被子植物的目解码基因组，这一步已经实现；2028年覆盖95%以上开花植物的科和非开花植物的目；2036年覆盖90%以上开花植物的属和非开花植物的科。

PLANeT的核心是通过系统测序陆地植物主要谱系，构建一个数字化的“植物生命全景基因图谱”。其主要内容包括对缺乏参考基因组的目、科、属进行采样，利用进化和功能基因组学方法，结合人工智能技术，挖掘植物基因组的共同规则。

王丽介绍，PLANeT预计在三个方面产生直接且深远的影响。

首先，实现作物育种革新，保障全球粮食安全。挖掘野生物种丰富的遗传宝库，弥补作物品种中丢失的优异基因，如抗逆、高产性状等，赋能“智能育种”的新纪元。

北京大学现代农业研究院院长邓兴旺解释说：“当前育种像‘盲人摸象’，只针对少数性状；而PLANeT将提供整头‘大象’的蓝图，让我们能设计适应气候变化的‘未来作物’。”

其次，为生物多样性保护充当生态“保险单”。PLANeT通过基因组数据评估物种的遗传多样性和灭绝风险，比传统野外监测更高效。

最后，挖掘天然产物“绿色宝库”，发现新药。植物是自然界最伟大的化学家，现有药物中约33.6%源自天然产物及其衍生物。

人工智能在PLANeT中扮演着“超级翻译家”的角色。其核心任务是学习并破译植物的“共同语言”，即DNA序列中隐藏的语法规则和调控逻辑。

例如，人工智能可以识别哪些基因组区域是进化中“锁定”的功能基石，哪些是“创新热点”，从而预测基因功能。通过人工智能模型，科学家还可以预测植物如何形成其关键性状，或理解趋同进化的分子基础。

邓兴旺对PLANeT的未来充满了期待。他设想，未来科研人员进入田间或野外，可以使用便携式测序设备，现场提取植物DNA并进行测序。将数据实时上传至PLANeT的智能分析平台，可立即获得这些植株的基因信息，预测其生产潜力并筛选优良材料进行深入研究，而无需等待一个完整生长周期。

“在PLANeT的愿景里，未来的农学家或植物科学家既要掌握前沿的计算方法和大数据，也要着眼于真实世界的生物多样性；既是数据科学家，也是野外或田间的植物精准鉴定专家。”邓兴旺说。

在全球合作中建立科学的确定性

“PLANeT所倡导的开放、公平、合作、专业的精神，与中国一贯坚持的国际科技合作理念高度契合。”种康说，该计划目前已汇聚了15个国家和地区40余家机构，预计招募和培训超过1000名科学家。

“加强全球合作，具有更深层次的战略意义。”黄三文说。

首先，避免重复建设，共享“基础设施”。基因组学本身就是大数据时代的产物，每个高质量参考基因组的成本虽然在降低，但仍然需要大量的资金、设备和专业人才。如果各个国家、各个实验室“各自为战”，重复测序那些容易测的物种，而真正的演化空白无人问津，那是对全球科研资源的巨大浪费。

“PLANeT的战略价值之一，就是作为一个全球的协调机制，让大家朝着同一个‘生命之树’的目标前进，而不是分散用力。”黄三文说。

其次，弥补维度偏差，实现真正的全球代表性。目前植物基因组资源存在严重的维度偏差，即大部分植物基因组数据来自北半球温带、亚热带地区，热带和南半球的植物多样性被严重忽视，而恰恰是这些地区拥有地球上最丰富的植物多样性。“没有这些地区科学家的深度参与，PLANeT就不可能真正实现覆盖全球‘生命之树’的愿景。全球合作是科学上的必需。”黄三文说。

最后，在不确定性中建立科学的确定性。人类正处在一个充满变数的时代，气候变化、生物多样性丧失、粮食安全危机加剧，每年约13亿吨食物被浪费，相关温室气体排放高达33亿吨……

“这些挑战没有任何一个国家能够独自应对。基因组学提供的是一个确定性的底层基础设施，无论国际局势如何变化，一套完整开放、代表全球植物界多样性的基因组数据，将是全人类共同的科学资产。”黄三文说。

这种全球参与的背后，是科学无国界的精神。Weigel强调：“科学有独特的能力团结人类，我们必须保持开放。”

“这不仅是技术的进步，更是认知维度的飞跃。”种康说，可以预见，PLANeT所产生的“数字植物方舟”，将极大推动从基础生物学、生物多样性保护到作物改良、新药研发等所有相关领域的范式创新。它将为揭开“植物如何演化以适应环境”这一达尔文时代的未解之谜提供前所未有的数据利器，为医药制造、作物品种创制和生态保护提供技术力量。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.01.026