The National Crop Genebank of China (NCGC), located within the Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS) in Beijing, is the world's largest national-level crop germplasm resource bank, with a storage capacity of 1.5 million germplasm accessions.

    Enhancing storage capability

    The NCGC was originally designed to store only 400,000 accessions. However, it was not enough for long-term strategic storage and in 2021, it was expanded by advancing both storage capability and technological means.

    Now the NCGC, as high as five stories, has four kinds of banks: a -18 ℃ long-term low temperature bank, a -196 ℃ liquid nitrogen ultra-low temperature bank, a test-tube plantlet bank and a DNA bank. These facilities meet the diverse storage requirements of various crop germplasm resources.

    Previously, the staff had to rely on their eyes or the microscope to observe the seeds during the pre-storage quality checks. Nowadays, non-destructive testing technologies like CT scan, electronic sensors and spectrometers are used to check seed integrity, fullness and viability. This not only enhances testing efficiency, but also reduces the consumption of valuable seeds.

    The storage and retrieval of seeds has also been facilitated by advanced technologies. An agile robotic arm places labeled seed bottles onto a conveyor belt from where an overhead robotic gripper automatically picks them up and loads them into germplasm storage boxes. A stacker crane then places the boxes on the high-density storage racks.

    In the past, the staff had to climb high ladders to store and retrieve seeds in the -18 ℃ low temperature bank. Now the storage and retrieval is done by machines, and the shelves are over 10 meters in height from the earlier three to four meters. The utility rate of the bank space and its efficiency have both been greatly enhanced, Xin Xia, executive director of NCGC, said.

    Identifying crucial genetic information

    Protecting germplasm is not only about preserving it, but also about putting it to use. The NCGC launched a project for genotyping and precise phenotyping of germplasm resources.

    According to Xin, researchers have conducted genotyping of 428,000 accessions of crop germplasm resources and precise phenotyping of 63,000 accessions of core resources. 

    The work identified elite germplasm, such as high-quality multi-disease-resistant wheat, drought-tolerant corn, high-oil high-yield soybean and salt-tolerant rice germplasm.

    Based on this, the germplasm resource project Tianshu 2.0 was jointly launched by CAAS and institutions like the NCGC in May 2025, with CAAS taking the lead.

    Zhou Wenbin, director of the Institute of Crop Sciences of CAAS, said the project will establish a core germplasm collection that covers more than 95 percent of the diversity of four major food crops, namely rice, wheat, corn and soybeans. It will build a "genotype + phenotype + environmental" standard data set, and a crop gene resource bank. This will advance an integrated breeding system incorporating resource, data, analysis and design.

    Researchers have made a series of breakthroughs in identifying elite genes and cultivating major new species via innovation platforms like the NCGC.

    For example, they successfully assembled high-quality genome sequences of representative wheat varieties from different stages of China's wheat breeding history, revealing patterns of genomic variation and the evolutionary trajectory of wheat cultivar improvement. Key genes controlling high yield in rice have been cloned, the mechanisms underlying their yield-enhancing effects illustrated, and core targets for high-yield rice breeding located.

    All these achievements provide new theoretical basis and technological approaches for molecular design breeding and the development of high-yield, high-quality crop varieties.

    Planning for the future

    Against the backdrop of accelerating climate change and more frequent extreme weather events, traits such as disease resistance, drought tolerance, salinity tolerance and heat tolerance have become increasingly important in crop breeding.

    As a "natural gene pool" for crop breeding, crop wild relatives — undomesticated ancestors or cousins of modern crops — harbor valuable genes for disease and pest resistance, stress tolerance and other desirable traits, Xin said.

    Through hybridization with wild relatives, valuable genes can be introgressed into cultivated crops, thereby increasing crop yields and enhancing crops' ability to cope with climate change and other adverse environmental conditions.

    To this end, the NCGC has led the whole-genome resequencing of 24,000 wild rice germplasm accessions, identifying 385 superior alleles associated with disease and pest resistance, stress tolerance and other desirable traits. It has also carried out precise phenotyping of 15 agronomic traits in wild rice germplasm resources, including basic agronomic, yield and quality traits, as well as resistance to rice blast and tolerance to cold.

    As a result, more than 100 wild rice core parental lines with significant breeding potential have been identified. They include those exhibiting salt tolerance throughout the entire growth period, resistance to the brown planthopper and resistance to rice blast.

    The research has also elucidated the molecular genetic mechanisms underlying important traits in wild rice, providing core germplasm resources and theoretical support for rice genetic improvement and national seed security.

    In this "Noah's Ark" for seeds, each seed carries a possibility for the future.