杜泽臻：以算法之力，赋能作物育种未来

华中农业大学

2025-03-09 17:28华中农业大学官方账号

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在信息学院2021级博士研究生杜泽臻看来，种一棵树，最好的时间是十年前，其次就是现在。

从儿时立志，到博士研究阶段以算法之力赋能作物育种，二十余载的拼搏与坚持，让他心中强农兴农的种子，在汗水的浇灌中开出了璀璨的花。

2024“学术希望之星”杜泽臻（受访者供图）

数易方向，只为强农兴农

心有所念，方能致远。在杜泽臻心中，“世间虽有百业，皆以耕植为本；纵然千辛万苦，终以农业为重”，也正因如此，高考结束后，他报考了农业资源与环境相关专业。本科阶段，他深入学习了土壤学、肥料学和农业生态学等知识，并致力于农业生产宏观调控有关研究。然而，随着对农业领域的深入了解，他逐渐意识到，农业生产不光需要宏观调控，也需要品种选育，于是，他将注意力转向了植物营养学研究领域。

硕士阶段，带着用所学知识赋能农业发展的初心，杜泽臻报考了华中农业大学植物营养学领域方向研究生，专注于研究植物生长的分子机制。通过解析水稻的分泌蛋白组，利用软件快速提取数据中的规律，揭示水稻在不同环境条件下的生长和发育机制，并通过基因调控提高水稻产量和品质。

正是在这一过程中，他首次接触到了分子生物学，在惊叹于算法为生物研究带来的巨大便利的同时，杜泽臻也意识到，生物信息学算法作为群体生物学研究的重要工具，可以从海量测序数据中提取有价值的规律，不仅能帮助他更深入地理解基因的功能和调控机制，还能为农业科学研究提供强有力的方法和工具，这一领域必定大有可为。

杜泽臻（左一）参加第十二届全国生物信息学与系统生物学学术大会留影（受访者供图）

博士研究阶段，杜泽臻再次站在了人生选择的路口。经过慎重思考，杜泽臻决定再一次迈出“舒适圈”，进入生物信息学领域，从实验研究走向算法开发。

回顾不同阶段的方向选择，杜泽臻说：“每一个人生选择的十字路口，热爱都是指引我坚定选择的明灯。”

抽丝剥茧，攻克学习难关

初入生物信息学，对基础几乎为零的杜泽臻而言，早期的科研探索可谓举步维艰。

面对学习中的困难，杜泽臻逐渐探索出了一种“抽丝剥茧、追本溯源”的学习方法。编程知识匮乏，他就自学了C++等编程技术；缺乏现成平台，他便耗时一年多自行搭建；对软件运行代码的规律不甚了解，他就深入研究常用软件的代码构成。

他回忆道：“生物信息学课堂上，老师往往更注重思路讲解，但我却常常被一些细节中的问题所牵绊。为了攻克这一难关，我试着将常用软件代码拆解，最终一步步摸清了其运行规律和底层逻辑。”

杜泽臻埋首算法研究（梁翠莹摄）

杜泽臻坦言，最开始编写代码时，“bug层出不穷”是常态，有的bug甚至耗费数日排查仍难觅其踪迹。有一次，经历几日几夜修改之后，红色的错误提醒却只增不减，找不到问题根源的杜泽臻颇为烦闷，险些萌生了放弃的念头。

他尝试着保持冷静，并试着将错误分为数据错误与代码错误两类，再根据不同方法分别进行排查。数据错误就借助二分法逐步排查，代码错误则通过打印 log 文件逐步定位并解决问题，一旦找到问题，他便立刻查阅相关资料学习。

正是凭借这股韧劲，杜泽臻的代码编写能力越来越强，这也为他开发基于图形泛基因组的变异分型方法奠定了扎实基础。

立己达人，以算法创造价值

用所学知识解决农业生产中的现实问题，为社会创造价值，是推动杜泽臻不断探索的源动力。

近年来，植物领域涌现了超过25项大型图形泛基因组研究，这些研究极大提升了作物的果实风味、抗病性和纤维品质。然而，现有软件多为人类基因组设计，难以应用于同源多倍体的研究领域。

为解决这一难题，综合问卷调查结果和多个算法的优势，杜泽臻开发了首款适用于植物基因组的图形泛基因组分型软件EVG，该软件只需5X的测序数据即可获得稳定的分型效果，并在多个植物基因组中得到了验证，相关成果发表在国际期刊Genome Biology上。

杜泽臻开发的软件界面（受访者供图）

针对现有软件无法解决马铃薯等同源多倍体基因组变异分型的难题，杜泽臻进一步开发了Varigraph。该软件采用位图存储和狄利克雷分布等高效算法，将运行效率提升了10倍以上。以400份玉米重测序数据为例，其分析周期从传统的91天缩短至9天，大幅加快了育种进程。该软件还成功应用于华中农业大学玉米和马铃薯团队的群体基因组分析中，显著提升了性定位的准确性。

不止于此，泽臻还开发了群体基因组共线性多样性分析工具SynDiv，用于评估群体分化程度，并辅助性状基因定位。目前，该工具已成功应用于拟南芥和杨属的群体研究中，并在杨属中辅助定位到与叶形相关的CUC2基因。

截至目前，杜泽臻开发的软件已被华中农业大学、中国农业大学、康奈尔大学等多所高校的研究者广泛应用，并得到了积极反馈。

泽行万里路，臻至星空梦。面向未来，杜泽臻将前往耶鲁大学医学院继续深耕算法研究，他说：“科研探索的道路没有终点，只有不断探索的勇气和迈向未知的执着。我将继续探索生物医药设计和作物育种中的算法创新，力争为推动人类进步和人民福祉做出积极贡献。”

文 | 陈宣伊刘靓璟

编辑 | 匡敏

审校 | 蒋朝常徐行晏华华杨正莲

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