综述：基于人工智能的多尺度虚拟植物细胞建模：从分子机制到组织功能

《Planta》：AI-driven multiscale virtual plant cell modeling: from molecular mechanisms to tissue functions

AI驱动的多尺度虚拟植物细胞建模是植物系统生物学的重要突破，整合分子、亚细胞和组织层面的动态过程，实现从蛋白质互作预测到组织功能涌现的系统仿真，显著提升植物环境响应和发育机制的认知水平，并为耐气候作物工程提供新工具。

　　

摘要

主要结论

基于人工智能的多尺度虚拟植物细胞建模代表了植物系统生物学的一个范式转变，它能够从分子机制到组织功能进行预测性模拟，从而加速耐气候作物的培育过程。

摘要

基于人工智能的多尺度虚拟植物细胞建模正成为解读植物复杂生物过程的关键范式。通过整合分子、亚细胞和组织尺度上的动态过程，这一框架实现了从蛋白质相互作用预测到组织功能形成的系统化模拟，显著提升了我们对植物环境响应和发育机制的理解。本文全面总结了多尺度建模的关键技术进展，包括基于神经网络的分子相互作用预测、虚拟植物组织模拟器的构建、基于深度视觉的3D重建技术以及跨尺度动态耦合算法。文章强调了生成对抗网络（GANs）、迁移学习和多组学整合策略在应对数据稀缺和跨物种建模挑战方面的应用价值。同时，还讨论了验证方法，如体外实验验证、进化保守性分析以及不确定性量化。在应用层面，多尺度建模为植物代谢工程、发育程序模拟和应激响应预测提供了新的见解，但也指出了当前在参数传递准确性、模型可解释性和计算效率方面存在的瓶颈。未来发展方向包括基于量子计算的实时模拟、农业数字孪生系统以及受大脑启发的自主模型。本文强调了人工智能技术在推动植物系统生物学从描述性范式向预测性和工程导向范式转变中的核心作用。