PlantAI:AIIA文章框架与实验方案(新版图表完整)
按当前PlantAI五Result框架重写的实验执行蓝图,包含主图、主表、评价门槛和三类专家预审。
目录
0. 摘要版总览
PlantAI定位为连接证据约束、可执行分析和可追踪产物的植物生物信息学系统。PlantAI-dev负责执行,PlantAI-RAG负责证据;五组实验分别验证闭环、RNA-seq、连续案例、Extension和Graph RAG。
1. 系统边界与新版关键变化
当前边界以新版论文为准:Diagnosis Agent不纳入论文贡献;ResultParser和Discovery仅作可选深度解读;agentic RAG未进入当前主路径;重测序—GWAS仅作为后续方向。
2. 统一术语与投稿口径
术语表与论点—证据边界
一句话论点
在植物生物信息学分析中,PlantAI通过LangGraph引导的意图解析与规划、契约约束的阶段执行、轻量代码转写闭环和Graph RAG证据检索,将自然语言分析需求转换为可执行、可追踪的工作流;该结论目前限于已经实现并完成验证的分析类型,跨模态和重测序—GWAS泛化仍需后续实证。
规范术语
| 规范术语 | 首次定义 | 禁用或历史变体 | 决定 |
|---|---|---|---|
| PlantAI | PlantAI总体系统 | bbav5、PLantAI | 仅用PlantAI指总系统 |
| PlantAI-dev | PlantAI分析与执行层 | PlantAI核心仓库、bbav5 | 功能上包含基因家族、RNA-seq和Extension |
| PlantAI-RAG | PlantAI知识与证据层 | gene-family-mas-v2 | 论文使用产品名;实现溯源记录当前仓库名 |
| LangGraph编排 | 基于状态图的智能体路由与执行编排 | 9-Agent协作 | 不以Agent数量作为贡献 |
| 核心执行智能体 | Intent/Router、PlanningAgentV2和ExecutionAgent | 全部Agent同等协作 | 只对实际核心路径作强表述 |
| 深度解读组件 | ResultParser和Discovery | 结果智能体、发现智能体全流程参与 | 作为后处理支持,不作核心贡献 |
| 轻量Extension loop | 将已有可运行代码转写为标准阶段的迭代闭环 | 权威模式、自动发明算法 | 使用用户指定的回退版本 |
| Graph RAG | 基于实体—关系—证据图的检索与问答 | agentic RAG、Self-RAG | 当前结果只写Graph RAG |
| 阶段契约 | 规定阶段输入、输出和完成条件的机器/文档契约 | 常规接口 | 与Manifest共同定义科学完成状态 |
| Manifest | 记录阶段状态、产物、指标和追溯信息的清单 | 日志文件 | 不与普通运行日志混用 |
| 分析范围 | 物种、成员集合和分析路线共同定义的科学对象 | scope | 首次给出英文标识后保持一致 |
| 模拟草稿数据 | 仅用于版式与写作占位的合成数据 | 示例数据、伪真实数据 | 图内和图注明确标识,不作为性能证据 |
主张—证据图
| 主张 | 当前证据 | 状态 | 投稿前要求 |
|---|---|---|---|
| PlantAI可将自然语言需求转为阶段计划 | LangGraph路由、PlanningAgentV2及相关测试 | 已有实现证据;仍需任务级基准 | 报告真实任务成功率和错误类型 |
| PlantAI可执行基因家族分析 | 契约、CLI阶段、Manifest及真实基线资产 | 支持 | 选定一个主案例并核验全部产物 |
| PlantAI支持多场景RNA-seq设计 | Analysis Manager、场景编译、设计/确认接口 | 实现支持 | 完成多场景验证集与至少一个真实数据案例 |
| RNA-seq可连接候选家族深度分析 | candidate-family契约和下游阶段接口 | 部分支持 | 完成RNA-seq→候选家族→深度分析闭环 |
| 轻量Extension loop可转写不同复杂度代码 | baseline、conversion、trial、confirm、validation与gate实现 | 实现支持 | 用分级案例报告成功率、迭代次数和一致性 |
| Graph RAG可返回带来源的实体关系证据 | Neo4j图接口、证据字段、邻域和路径查询 | 实现支持 | 与关键词/向量基线作真实检索比较 |
| ResultParser和Discovery改善深度解读 | 路由存在且深度解读可见 | 证据不足 | 仅作辅助组件描述,或补充消融 |
| Diagnosis Agent提高修复成功率 | 代码存在但用户确认未发挥作用 | 不支持 | 从论文贡献和主图中删除 |
| PlantAI可泛化到重测序—GWAS | 尚未完成转写验证 | 待验证 | 仅作为未来高复杂度压力测试 |
3. 论文题目、中心问题与贡献
工作题目:PlantAI: an extensible multi-agent system for evidence-grounded and executable plant bioinformatics analysis。
- 契约化可执行闭环
- 多场景RNA-seq到候选家族连续路径
- 保留算法语义的轻量Extension
- 带来源和声明范围的Graph RAG
4. PlantAI总体架构
PlantAI由PlantAI-dev执行层和PlantAI-RAG证据层组成,结构化对象连接计划、证据、执行和产物。
Table 1|PlantAI组件、实际作用与论文定位。 “实现支持”表示存在可调用代码或契约,不等同于已完成定量性能验证。
| 系统层 | 组件 | 主要输入 | 主要输出 | 实际作用 | 证据状态 | 论文定位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PlantAI-dev | Router/Intent | 自然语言请求、项目上下文 | 查询模式、分析意图 | 区分知识咨询、分析执行与解读请求 | 实现支持 | 核心执行入口 |
| PlantAI-dev | PlanningAgentV2 | 意图、阶段能力、文件与已完成状态 | 有序阶段计划 | 生成依赖感知的分析子计划 | 实现支持;需任务基准 | 核心贡献 |
| PlantAI-dev | Preflight | 阶段计划、输入、参数 | 通过、拒绝或补充要求 | 在工具运行前检查科学和工程条件 | 实现支持;需消融 | 核心贡献 |
| PlantAI-dev | ExecutionAgent与阶段注册表 | 已确认计划、任务身份 | CLI运行、产物与状态 | 把计划映射到真实分析工具 | 实现支持 | 核心贡献 |
| PlantAI-dev | 阶段契约与Manifest | 输入、参数、运行产物 | 完成状态、产物索引、追溯信息 | 定义科学完成状态并保存证据 | 实现支持 | 可信执行基础 |
| PlantAI-dev | 基因家族阶段集 | 基因组、蛋白序列、注释和成员集合 | 系统发育、结构、共线性、表达等结果 | 执行候选家族深度分析 | 实现支持;需主案例 | 生信应用主线 |
| PlantAI-dev | RNA-seq Analysis Manager | 样本表、计数矩阵或测序数据 | 场景、比较与分析子计划 | 绑定实验设计、可估计性和执行语义 | 实现支持;需多场景验证 | 生信应用主线 |
| PlantAI-dev | 轻量Extension loop | 可运行代码、测试数据和命令 | 经验证的扩展阶段 | 保留算法语义地转换接口和产物契约 | 实现支持;需分级基准 | 扩展性贡献 |
| PlantAI-dev | ResultParser/Discovery | 阶段结果、证据上下文 | 深度解读与后续建议 | 提供可选后处理 | 作用有限;缺少独立验证 | 辅助组件 |
| PlantAI-RAG | SRT证据抽取与知识图 | 文献与结构化记录 | 实体—关系—证据记录 | 构建可追踪知识层 | 实现支持;质量需评价 | 证据层基础 |
| PlantAI-RAG | Graph RAG | 实体、关系或方法查询 | 邻域、路径和带来源回答 | 检索多跳关系并保留证据字段 | 实现支持;需基线比较 | 独立Result |
| 不纳入 | Diagnosis Agent | 错误日志 | 修复建议或重试 | 未形成可靠贡献 | 不支持论文主张 | 从贡献与主图删除 |
注:未实际启用的agentic RAG以及尚未验证的重测序—GWAS不列为当前能力。
5. 五组实验总矩阵
五组实验必须使用一致的输入、基线和评价规则;Draft图只承担版式功能。
Table 2|五组实验的研究问题、基线、指标与投稿门槛。 Draft版可使用模拟数据检查版式,但“投稿门槛”必须由真实实验满足。
| Result | 研究问题 | 评价单元 | 基线或消融 | 主要指标 | Draft状态 | 投稿门槛 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| R1 系统闭环 | 自然语言计划能否形成真实、可追踪执行 | 分析任务与阶段运行 | 无契约、无Preflight、固定模板 | 计划F1、依赖合法率、执行成功率、Manifest完整率 | 架构真实;数值待补 | 完成真实任务集与消融 |
| R2 RNA-seq场景 | 系统能否识别实验设计并生成合法比较 | 人工标注场景 | 固定两组模板、去除可估计性检查 | 设计正确率、比较正确率、拒绝正确率、计划完整率 | Figure 2为模拟 | 至少覆盖六类设计并双人核对 |
| R3 连续案例 | 转录组证据能否传递至候选家族深度分析 | 一个真实项目及其候选家族 | 分段手工流程、无统一身份 | 阶段完成率、证据可追溯率、候选一致性、产物审计 | Figure 3为模拟 | 完成真实RNA-seq→家族闭环 |
| R4 Extension | 可运行代码能否被转换为一致的标准阶段 | 分级代码案例 | 无修复循环、规则转换、仅检查可运行 | 发布通过率、迭代次数、输出一致性、失败类型 | Figure 4为模拟 | 原始与转写代码执行golden比较 |
| R5 Graph RAG | 图检索能否改善证据命中和引用忠实度 | 人工核对查询—证据对 | BM25、向量检索、去除图路径 | Precision/Recall@10、MRR、nDCG、回答正确性、引用忠实度 | Figure 5为模拟 | 完成盲法标注与真实索引评估 |
注:所有模型比较使用相同输入和评价规则;记录模型、提示词、索引和软件版本。
6. 实验A:系统级可执行闭环与消融
| 研究问题 | 自然语言计划能否形成真实、合法且可追踪的执行。 |
|---|---|
| 评价单元 | 分析任务、阶段计划和阶段运行。 |
| 输入 | 用户目标、项目文件、阶段能力和依赖状态。 |
| 基线/消融 | 固定模板;去除Preflight;去除契约;去除Manifest校验。 |
| 指标 | 计划F1、依赖合法率、执行成功率、Manifest完整率和假完成率。 |
| 失败类型 | 不存在输入、非法依赖、范围错配、工具失败和文本假完成。 |
| 真实数据要求 | 冻结的任务集、环境、模型和运行记录。 |
| 对应图表 | Figure 1;Table 1;Table 2的R1行。 |
| 完成门槛 | 完成真实任务集和四项关键消融。 |
7. 实验B:多场景RNA-seq
| 研究问题 | 系统能否识别RNA-seq实验设计并生成合法比较与子计划。 |
|---|---|
| 评价单元 | 人工双人核对的RNA-seq场景。 |
| 输入 | 样本表、处理、时间、组织、重复、批次和研究问题。 |
| 基线/消融 | 固定两组模板;去除可估计性检查;去除批次语义。 |
| 指标 | 设计正确率、contrast正确率、计划完整率和正确拒绝率。 |
| 失败类型 | 批次误判、交互遗漏、比较反向、重复不足和背景缺失。 |
| 真实数据要求 | 至少六类设计,每类保留gold设计和拒绝理由。 |
| 对应图表 | Figure 2;Table 2的R2行。 |
| 完成门槛 | 使用真实标注场景替换全部模拟结果。 |
8. 实验C:RNA-seq到候选家族
| 研究问题 | 同一项目身份能否把转录组证据传递到候选家族深度分析。 |
|---|---|
| 评价单元 | 一个真实植物RNA-seq项目及一个候选家族。 |
| 输入 | 公开或自有RNA-seq数据、参考基因组、注释和背景数据库。 |
| 基线/消融 | 分段手工流程;去除统一成员集合;去除证据来源记录。 |
| 指标 | 阶段完成率、证据可追溯率、成员一致性和产物审计结果。 |
| 失败类型 | 样本错配、contrast错向、ID映射失败和成员集合漂移。 |
| 真实数据要求 | 项目号、样本设计、参考版本、阈值和全部Manifest。 |
| 对应图表 | Figure 3;Table 3。 |
| 完成门槛 | 完成真实RNA-seq→候选家族→深度分析闭环。 |
Table 3|RNA-seq到候选基因家族端到端案例的阶段与追溯状态。 当前为真实结果替换模板,不填入模拟生物学结论。
| 阶段 | 分析对象 | 关键输入 | 关键输出 | Manifest/身份要求 | 当前状态 | 投稿前需填写 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 项目与样本设计 | 全部样本 | 样本表、物种、处理和批次 | 设计公式、比较列表 | 项目ID、分析包指纹 | 待真实案例 | 数据库项目号、样本数、设计 |
| 原始数据QC | FASTQ | 原始reads | 质控报告、清洗reads | 样本ID与输入校验 | 待真实案例 | 读长、质量、保留比例 |
| 比对与定量 | 各样本 | 参考基因组和注释 | BAM、基因计数 | 参考版本、链特异性 | 待真实案例 | 比对率、计数覆盖 |
| 样本级QC | 计数矩阵 | 归一化表达 | PCA、相关性、异常样本 | 样本身份一致 | 待真实案例 | 异常样本处理 |
| 差异表达 | 设计与计数 | 比较、批次、重复 | 差异基因表 | 比较方向和模型版本 | 待真实案例 | 阈值、效应量、显著基因数 |
| 富集/基因集/共表达 | 差异或排序基因 | 背景注释、基因集 | 通路和模块证据 | 背景来源可追溯 | 待真实案例 | 数据库版本、显著条目 |
| 候选家族排序 | 多类证据 | DEG、富集、模块和文献关系 | 候选基因与家族列表 | 每项证据保留来源 | 待真实案例 | 排序规则、候选数、选定家族 |
| 家族鉴定与范围确认 | 选定家族 | HMM/参考序列、基因组 | 成员集合 | scope/member-set身份 | 待真实案例 | 成员数与筛选规则 |
| 进化和结构分析 | 家族成员 | 蛋白、CDS、GFF | 树、motif、domain、结构 | 同一成员集合 | 待真实案例 | 主要可重复观察 |
| 基因组与功能证据 | 家族成员 | 基因组位置、同源和表达 | 共线性、表达、PPI/同源证据 | 物种范围与来源 | 待真实案例 | 仅报告非因果性观察 |
| 证据汇总 | 全流程 | Manifest和Graph RAG证据 | 可追溯结果报告 | 全链Manifest可解析 | 待真实案例 | 缺失阶段与局限 |
9. 实验D:轻量Extension
| 研究问题 | 已有可运行代码能否在保留算法语义下转换为标准阶段。 |
|---|---|
| 评价单元 | 由单脚本到多文件外部工具流程的分级代码案例。 |
| 输入 | 原始代码、命令、测试数据、预期产物和运行环境。 |
| 基线/消融 | 规则包装;无修复循环;只检查可运行而不做golden比较。 |
| 指标 | 发布通过率、修复迭代数、输出一致性和正确拒绝率。 |
| 失败类型 | 输入角色、输出路径、参数语义、依赖和运行时不匹配。 |
| 真实数据要求 | 每例保留原始输出、转换输出、日志和比较规则。 |
| 对应图表 | Figure 4;Table 2的R4行。 |
| 完成门槛 | 真实执行原始与转换代码并完成golden比较。 |
10. 实验E:Graph RAG
| 研究问题 | 图检索能否提高证据命中并保持引用忠实度。 |
|---|---|
| 评价单元 | 人工核对的查询—实体—关系—证据对。 |
| 输入 | 冻结文献索引、实体规范化表、关系图和查询集。 |
| 基线/消融 | BM25;向量检索;去除图路径;去除输出层过滤。 |
| 指标 | Precision/Recall@10、MRR、nDCG、回答正确性和引用忠实度。 |
| 失败类型 | 别名、物种歧义、关系方向、路径噪声和候选层泄漏。 |
| 真实数据要求 | 盲法标注、分层查询、模型与索引版本。 |
| 对应图表 | Figure 5;Table 2的R5行。 |
| 完成门槛 | 完成真实索引上的基线、消融和失败案例评估。 |
11. 统计分析、重复和置信区间要求
分类任务报告accuracy、macro-F1和bootstrap 95%置信区间;配对错误比较使用McNemar检验;比例和检索指标按任务层分层报告。随机模型调用记录模型、温度、提示词、重复次数和种子。
12. 数据、代码、模型、提示词和索引冻结
- 冻结代码提交或版本标签、Conda/容器环境和CLI参数。
- 冻结数据项目号、参考基因组、注释和数据库版本。
- 冻结模型、提示词、确认语义、Graph RAG索引和实体规范化表。
- 保存Manifest、日志、源数据和生成脚本。
13. 主图、主表与补充材料安排
主文使用五张主图和三张正文表;补充材料保存阶段清单、Extension案例、Graph RAG查询集、完整错误分类和复现配置。
14. 三类专家预审
PlantAI中文稿预审与AIIA适配报告
总体判断
当前材料已经形成一篇结构完整、系统边界清楚的中文研究论文草稿,但尚不是可投稿终稿。最有竞争力的主张不是“智能体数量多”,而是PlantAI把自然语言规划、实验设计语义、阶段契约、真实执行、Manifest追溯和图证据检索连接在同一系统内。最大拒稿风险是目前缺少真实对照实验、消融和端到端生物学案例;Figures 2–5的定量内容仅是版式模拟,必须在投稿前替换。
审稿人视角
可能认可
- 研究问题清楚:语言模型产生的植物生信计划如何受到执行与证据约束。
- 系统主动排除了Diagnosis Agent、未启用的agentic RAG和未完成的GWAS,避免贡献膨胀。
- 五个Result分别覆盖系统闭环、RNA-seq设计、端到端案例、Extension和Graph RAG,叙事完整。
主要质疑
- 是否只是把LangGraph、工作流和Graph RAG拼接在一起,缺少新的技术原理?需要用消融证明契约、Preflight、范围身份和图路径各自解决了什么具体失败。
- 是否优于固定流程或通用代码智能体?需要公平基线,不能只展示系统自身成功案例。
- 是否具有农业价值?至少需要一个真实植物RNA-seq到候选家族案例,并报告可解释、可核查的生物学观察。
- 是否可复现?需要冻结模型、提示词、软件环境、索引、数据版本和随机种子。
预判结论
当前状态:major experiments required。完成Table 2中的五组真实实验后,才适合进入AIIA投稿准备。
生信分析师视角
方法优点
- RNA-seq不是固定两组模板,而是显式处理因素、重复、批次、比较方向和可估计性。
- 候选家族由多类证据形成,并通过成员集合与Manifest向下游传播。
- 基因家族阶段覆盖鉴定、进化、结构、共线性、表达、PPI和同源等常用环节。
必补内容
- 每个真实数据集的物种、参考基因组、注释版本、样本数、重复和数据库项目号。
- 差异表达设计公式、contrast方向、过滤和多重校正阈值。
- 富集背景、ID映射成功率、数据库版本和多重检验方法。
- 候选家族排序规则及敏感性分析,避免打分公式任意。
- 端到端案例中所有阶段是否使用同一成员集合和物种范围。
- 将PPI、同源和RAG证据限定为假设支持,不能写成基因功能因果验证。
智能体工程师视角
工程贡献
- 核心调用链能够从意图和规划进入Preflight、阶段注册表、共享后端与CLI。
- 完成状态由Manifest和可解析产物定义,而非语言模型的自然语言回复。
- RNA-seq确认令牌与用户、任务、包指纹、子计划和版本绑定。
- Extension以原始基线和golden比较约束转换,不把包装成功等同于算法正确。
- Graph RAG返回证据句、章节、论文标识、置信度、声明范围和输出层。
必做消融与压力测试
- 去除Preflight、契约、范围身份和Manifest校验,分别测量非法计划、错配复用和假完成。
- 测试确认令牌过期、篡改、跨任务重放和计划更新后的失效。
- Extension按代码复杂度分层,并区分输入绑定、参数语义、依赖和输出收集错误。
- Graph RAG测试实体别名、物种歧义、关系方向、多跳长度和候选层泄漏。
- 报告模型调用失败、工具超时、幂等重试和部分阶段失败后的恢复策略。
AIIA适配审计
根据2026年7月核对的AIIA官方作者指南:
- 期刊接收Original research papers,范围覆盖AI在农业、食物和生物系统工程中的理论与实际应用;PlantAI主题在范围内,但稿件必须突出植物研究任务和实际分析收益。
- 正文应采用编号章节;当前结构符合。
- 摘要应独立、简洁且陈述真实主要结果;当前摘要故意不报告模拟性能,做法正确,但真实实验后必须补入主要数值。
- 正文引用采用作者—年份体例,文后按字母顺序排列;当前第一批参考文献已据此调整。
- 图注应与图文件分开,图中文字尽量少;当前稿件保留了独立Figure legends。
- 期刊官方指南不允许使用生成式AI或AI辅助工具创建或修改投稿图像。当前图由可复现Python脚本绘制,属于草稿与分析产物;投稿前作者必须依据期刊政策判断其合规性,并由作者亲自核验、必要时重新生成所有图。不能直接把当前AI辅助生成的图包作为投稿图包。
- TIFF组合图最低500 dpi;当前脚本导出600 dpi,同时保留SVG和PDF,分辨率满足保守技术标准。
官方页面:
- Aims and scope: https://www.sciencedirect.com/journal/artificial-intelligence-in-agriculture
- Guide for authors: https://www.sciencedirect.com/journal/artificial-intelligence-in-agriculture/publish/guide-for-authors
15. 投稿前执行清单与P0/P1优先级
- 用真实实验替换Figures 2–5和所有“模拟草稿结果”段落。
- 完成至少一个真实植物RNA-seq→候选家族→深度分析案例。
- 完成强基线、关键消融、失败案例和统计不确定性报告。
- 将参考文献扩充为覆盖智能体工作流、植物组学、实验设计、代码转写和Graph RAG的完整文献集。
- 补齐作者、单位、通讯信息、CRediT、基金、致谢、利益冲突、数据和代码永久地址。
- 由全体作者逐图逐数核验,并完成AIIA关于AI辅助写作和图像政策所要求的声明或重绘。
16. AIIA适配、审稿风险与安全表述
AIIA范围适合AI在农业和生物系统中的应用,但当前稿件只有在真实实验替换模拟结果后才达到实证投稿门槛。安全表述是“证据约束的可执行植物生信框架”,不能表述为自主完成所有植物组学研究的通用智能体。