气候变化正在挑战农业粮食体系的可持续性和弹性，为了应对这一迫在眉睫的挑战，需要创新植物科学方法，将研究成果尽快转化为不同植物和作物物种的知识。2023年11月2日，美国国家科学基金会（NSF）宣布征集新的研究项目，支持来自美国、德国和英国的科学家在两个重点领域的合作研究：多尺度作物生物学和可编程植物[1]。

该项目旨在开辟一种新的机构间资助途径，支持国际团队中具有互补专长的世界领先的研究人员合作；促进以特定国家优势为基础的多学科研究方法；提供策略，以缩小人工环境中个体植物规模和农业系统水平上遗传和生理研究之间的知识差距；实现国家研究资源的互补与协同效应；减少重复工作，嵌入共同数据标准，以加强国际研究界内部的合作；提供可在植物和作物科学研究界更广泛传播和利用的新工具、方法和途径；为早期职业研究人员提供更广泛的国际网络和培训机会，加强国家技能，增强未来三国国内和国际的领导力和合作。研究主题包括：

1、从分子机制到田间表现。对模型和作物生理学的多尺度理解有助于理解基因型与环境相互作用及其对表型影响的能力发生跃迁式变化。当前的瓶颈包括缺乏能够将现有的植物生理学、细胞学和基因组学知识整合到整个农业系统理解中的工具。需要综合研究来理解植物遗传学、代谢/生理学和在复杂和波动的环境中的表现之间的联系。这需要将来自多个尺度的观察结果结合起来，包括分子、细胞、生理、有机体和植物种群水平。该领域旨在开发或利用建模、机器学习和表型方面的进展，以及一系列其他多模态技术，提供定量的见解和潜在的策略，从而优化不同条件下的植物表现，尤其是在田间。

2、可编程植物。用可预测和新颖的特征和适合特定环境的理想型“编程”植物的能力，将为复杂的基因型-表型关系提供新的见解，并为农业适应气候变化影响提供创新的解决方案。需要生物技术和合成生物学方法来加速植物在这个方向的研究，并使人们更精确地控制植物生长、发育和胁迫反应的能力发生阶段性变化。该领域的研究内容包括：开发基因组中复杂的多基因性状工程以及控制染色体重组的创新技术，以快速有效地实施泛基因组多样性或作物野生近缘种，以增强复杂性状，如编码对干旱、洪水、盐度、温度或病原体和微生物相互作用等胁迫的抗性；减少对化肥和杀虫剂依赖的工程方法（如固氮和微生物调节），或增强碳捕获（如提高地下组织和光合效率的固碳），将增强植物在更具挑战性和不稳定的气候和环境中的适应能力；开发新的工具和方法来解决工程植物系统、植物转化或利用植物合成生物学、基因组编辑、快速育种和快速表型等颠覆性方法中的当前瓶颈，将加速气候变化中理性工程植物性状的开发。                                     （郑颖）