在全球粮食安全面临日益严峻挑战的背景下，斯洛文尼亚国家生物技术研究所（NIB）的科学家们，联合波茨坦大学和马克斯·普朗克植物生理学研究所的国际研究伙伴，成功构建了首个全面的马铃薯基因组代谢模型——potato-GEM。
这一先进的计算工具旨在深入解析马铃薯的生长与防御机制之间的复杂权衡，为培育更能抵御病虫害和气候变化、同时提高作物产量的马铃薯新品种提供关键支持。马铃薯作为全球最重要的粮食作物之一，其产量和品质对维持全球粮食供应至关重要。然而，不断变化的环境条件和生物胁迫正对其构成严重威胁。例如，科罗拉多马铃薯甲虫的侵扰，据估计每年可导致高达80%的马铃薯作物损失。此外，气候变化带来的极端天气事件，如干旱和高温，也可能显著影响马铃薯的生长周期和产量。研究表明，到2085年，全球马铃薯产量可能因气候变化而出现高达26%的下降。
potato-GEM模型的独特之处在于其能够全面描绘马铃薯已知的次级代谢途径。通过模拟分析，研究人员能够深入理解植物在面对胁迫时，如何分配有限的代谢资源来平衡生长需求与防御反应。正如NIB研究员Jan Zrimec所指出的，potato-GEM“涵盖了这种重要作物已知的全部次级代谢”。这种对生长-防御权衡的精细洞察，是优化育种策略的核心。
该模型不仅是理论研究的工具，更是一个强大的应用平台。波茨坦大学生物信息学教授Zoran Nikoloski强调，“potato-GEM能够全面分析生长与防御过程的相互作用，并为未来的育种策略提供信息。” NIB研究组负责人Kristina Gruden也表示，“深入了解植物应激反应的分子机制，可以改进育种策略，帮助我们设计出抗逆性更强、产量更高、品质更好的马铃薯品种。” 通过模拟不同情景和测试虚拟的基因改良方案，研究人员能够更高效地筛选和培育出具有更高抗逆性和产量潜力的马铃薯品种，从而加速农业创新进程。
这项由斯洛文尼亚国家生物技术研究所牵头，联合德国波茨坦大学和马克斯·普朗克植物生理学研究所共同完成的研究成果，不仅为马铃薯的未来发展开辟了新途径，其方法论和模型构建的原则也为其他主要作物的系统生物学研究提供了范例。这项工作预示着一个更加精准和智能的农业时代，通过深化对作物代谢机制的理解，以科学驱动的方式应对全球粮食生产的挑战，为构建可持续的未来粮食系统贡献力量。