相比于傳統(tǒng)育種，分子標(biāo)記輔助育種不僅可以極大地縮短育種年限，提高育種效率，節(jié)約大量的人力、物力，且不受時(shí)間和環(huán)境限制，還可對(duì)不同階段及多種環(huán)境條件下（溫室、異地等）的樣本進(jìn)行選擇。在論文與專利雙維度視角下，對(duì)分子標(biāo)記輔助育種發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析，可以對(duì)其研發(fā)思路、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用方向等做出精準(zhǔn)定位。此外，基于多樣的論文和專利數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行雙維度分析研究，是目前國(guó)家研發(fā)資源投放和有關(guān)部門(mén)進(jìn)行戰(zhàn)略部署的重要依據(jù)。
1 數(shù)據(jù)來(lái)源
關(guān)于分子標(biāo)記輔助育種的論文發(fā)表情況以科學(xué)引文索引數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展版（湯森路透集團(tuán) Web of Science）作為數(shù)據(jù)源，以論文發(fā)表日作為采集數(shù)據(jù)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)更新時(shí)間截止到 2019 年 12 月 25日。文獻(xiàn)類型為 Article，利用期刊篩選及人工判讀最終選取9201 篇論文作為本次分析的數(shù)據(jù)集。分子標(biāo)記輔助育種領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)據(jù)來(lái)自商業(yè)數(shù)據(jù) 庫(kù) 智 慧 芽 數(shù) 據(jù) 庫(kù)（PatSnap），以 專 利 申 請(qǐng) 日作為采集數(shù)據(jù)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)更新時(shí)間截止到2019 年 12 月 25 日。檢 索 式 同 Web of Science 中的 檢 索 式，通 過(guò) 國(guó) 際 專 利 分 類（IPC，International patent classification）篩 選 和 人 工 篩 選，排 除 與 分子標(biāo)記輔助育種無(wú)關(guān)的專利，最終得到 14342 件專利。最后，利用 Origin 和 Adobe Illustrator 對(duì)收集到的以上相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 分子標(biāo)記輔助育種論文及專利發(fā)展趨勢(shì) 對(duì)2000-2019 年分子標(biāo)記輔助育種的論文發(fā)表量以及專利申請(qǐng)量進(jìn)行分析（圖 1）：論文發(fā)表量的整體趨勢(shì)表現(xiàn)為穩(wěn)定上升，其中 2000-2015 年論文發(fā)表量呈持續(xù)上升態(tài)勢(shì)，并于 2015 年達(dá)到最高值，2015-2017 年 出 現(xiàn) 小 幅 度 下 降，2017-2019 年轉(zhuǎn)為回升勢(shì)頭；2000-2015 年專利申請(qǐng)量呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，2015-2017 年專利申請(qǐng)量急劇上升并在 2017 年達(dá)到高峰，數(shù)據(jù)表明論文發(fā)表量和專利申請(qǐng)量增長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致，可見(jiàn)該技術(shù)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用同步發(fā)展。
2.2 重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域分析 分子標(biāo)記輔助育種論文涉及多個(gè)領(lǐng)域（表 1），在前 10 個(gè)領(lǐng)域中，涉及最多的為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，論文數(shù)量為 5231 篇；其次是植物科學(xué)領(lǐng)域，論文數(shù)量為 4271 篇；第三涉及的領(lǐng)域?yàn)檫z傳學(xué)，論文數(shù)量為 3335 篇；第四涉及的領(lǐng)域?yàn)樯锛夹g(shù)應(yīng)用微生物學(xué)，論文數(shù)量為 1086 篇；第五涉及的領(lǐng)域?yàn)樯锘瘜W(xué)與分子生物學(xué)，論文數(shù)量為 770篇，這五大領(lǐng)域論文數(shù)量幾乎占總量的 95%（為真實(shí)反映發(fā)表論文在各重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域的分布情況，統(tǒng)計(jì)人員將單篇論文對(duì)應(yīng)多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)均納入統(tǒng)計(jì)）。除此之外，科學(xué)技術(shù)其他專題領(lǐng)域、獸醫(yī)科學(xué)領(lǐng)域、林業(yè)領(lǐng)域、海洋淡水生物領(lǐng)域以及生命科學(xué)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域均有涉及，但占比不高，這說(shuō)明該技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域聚焦于農(nóng)業(yè)育種與生產(chǎn)等方面。
2.3 各國(guó)研發(fā)能力分析 對(duì)論文發(fā)表量排名前 10的國(guó)家進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示（圖 2），中國(guó)的論文發(fā)表量為 2763 篇，占排名前 10 位國(guó)家論文發(fā)表總量的31%，居全球第一；美國(guó)的論文發(fā)表量為 2344 篇，占排名前10位國(guó)家論文發(fā)表總量的27%，排名第二；印度、澳大利亞、日本和德國(guó)分別以 756、539、502、491篇論文位列第三、四、五和六，表明中國(guó)近年來(lái)處于研究高產(chǎn)出狀態(tài)，與美國(guó)共同占全球 58% 的研發(fā)份額。
由 圖 3 可以看出，2000-2019 年，排名第一的中國(guó)論文發(fā)表數(shù)量總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，2000-2007 年呈現(xiàn)平緩上升狀態(tài)，2007-2015 年連年快速上升，并在 2010 年超越美國(guó)，成為論文發(fā)表數(shù)量最多的國(guó)家。緊隨其后的美國(guó)是起點(diǎn)最高的國(guó)家，在 2000-2009 年是論文發(fā)表數(shù)量最多的國(guó)家，論文發(fā)表數(shù)量在波動(dòng)中緩慢上升。印度的論文發(fā)表數(shù)量發(fā)展趨勢(shì)與美國(guó)類似，在 2014 年超過(guò)澳大利亞，成為論文發(fā)表數(shù)量排名第三的國(guó)家。排名第四的澳大利亞論文發(fā)表數(shù)量時(shí)而上升時(shí)而下降，波動(dòng)平緩，但總體變化量不大。排名第五的日本論文發(fā)表數(shù)量變化也比較平緩，且自 2011 年開(kāi)始有緩慢下降的趨勢(shì)。可見(jiàn)自2007 年之后，中國(guó)在該領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢(shì)強(qiáng)勁，論文發(fā)表數(shù)量在國(guó)際研發(fā)市場(chǎng)處于領(lǐng)先地位。
同時(shí)，本文對(duì)全球?qū)＠暾?qǐng)量排名前 10 的國(guó)家進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖 4 所示：中國(guó)專利申請(qǐng)量為 3068件，位居全球第一，在排名前 10 國(guó)家的專利申請(qǐng)量中占比 36% ；美國(guó)緊隨其后，與中國(guó)的專利申請(qǐng)量不相上下，其申請(qǐng)量為 3022 件，在排名前 10 國(guó)家的專利申請(qǐng)量中占比 35% ；德國(guó)、瑞士和法國(guó)分別以727 件、346 件、262 件專利排名位于第三、四和五?？芍袊?guó)與美國(guó)在分子標(biāo)記輔助育種產(chǎn)業(yè)化方面并駕齊驅(qū)，成為該技術(shù)的主要技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)儲(chǔ)備國(guó)家。
圖5 展示了 2000-2019 年專利申請(qǐng)量居于世界前 5 位國(guó)家的專利申請(qǐng)趨勢(shì)。中國(guó)的專利申請(qǐng)量連年上升，且在 2010 年超越美國(guó)，成為專利申請(qǐng)量最多的國(guó)家。排名第二的美國(guó)起點(diǎn)最高，在 2010年之前一直處于領(lǐng)先地位，之后逐漸被中國(guó)反超，美國(guó)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)波動(dòng)幅度較大，但仍呈上升趨勢(shì)。排名位于第三的德國(guó)在 2009 年達(dá)到高峰之后開(kāi)始呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)。排名位于第四、第五的瑞士和法國(guó)，發(fā)展趨勢(shì)比較平緩，有小幅度波動(dòng)。表明該技術(shù)在中美兩個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)的市場(chǎng)前景廣闊，中美是目前全球分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)創(chuàng)新的主力軍。
其中，全球受理專利申請(qǐng)排名前 10 位國(guó)家或地區(qū)專利局分別為中國(guó)、美國(guó)、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織、澳大利亞、歐洲專利局、西班牙、加拿大、日本、俄羅斯和印度。中國(guó)近年在國(guó)家項(xiàng)目的大力支持下，在分子標(biāo)記輔助育種應(yīng)用方面的研究發(fā)展迅猛。目前已在水稻、小麥、玉米、大豆和油菜等主要作物中鑒定了一批與關(guān)鍵性狀緊密連鎖的分子標(biāo)記，在選育后代的技術(shù)上取得一系列重大突破。由圖 6 可見(jiàn)，中國(guó)受理了 3261 件專利，占前 10 位受理地區(qū)專利受理總量的 36%，與專利申請(qǐng)量趨平，表示中國(guó)分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)的“引進(jìn)來(lái)”與“走出去”相當(dāng)。美國(guó)在分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)創(chuàng)新上亦取得系列成果，其專利受理量為 1403 件，占前 10 位受理地區(qū)專利受理總量的 16%，專利申請(qǐng)量比受理量高出 19%，充分體現(xiàn)美國(guó)是分子標(biāo)記輔助育種的技術(shù)“輸出國(guó)”。作為全球?qū)＠季值闹匾獦屑~，世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織在專利技術(shù)全球化應(yīng)用中起著重要作用，分子標(biāo)記輔助育種相關(guān)專利在世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織的受理量為 954 件，占前 10 位受理地區(qū)專利受理總量的 11%，反應(yīng)了該技術(shù)的國(guó)際共享度和活躍度。
2.4 論文發(fā)表與專利申請(qǐng)的研發(fā)機(jī)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)力分析 在發(fā)表關(guān)于分子標(biāo)記輔助育種的論文中，論文發(fā)表量排名前 10 位的研發(fā)機(jī)構(gòu)均為高校和科研院所。根據(jù)圖 7a 統(tǒng)計(jì)可知：高校的論文發(fā)表量為 6462 篇，占發(fā)表總量的 62% ；其次為研究所，發(fā)表論文 3787篇，占發(fā)表總量的 36% ；企業(yè)發(fā)表數(shù)量最少，為 189篇，占發(fā)表總量的 2%。通過(guò)論文發(fā)表量可知，理論研究的熱點(diǎn)機(jī)構(gòu)主要為高校與科研院所，亦是基礎(chǔ)研究的中堅(jiān)力量。在分子標(biāo)記輔助育種專利申請(qǐng)方面，由圖 7b 可知：在排名靠前的機(jī)構(gòu)中企業(yè)數(shù)量最多，申請(qǐng)的專利數(shù)量為 9698 件，在所有機(jī)構(gòu)中占比 69% ；其次是研究所，數(shù)量為 3325 件，占比 24% ；高校專利申請(qǐng)數(shù)量最少，為 1043 件，占比 7%，同樣，在專利申請(qǐng)過(guò)程中各機(jī)構(gòu)之間也存在合作情況。通過(guò)專利申請(qǐng)量可知，企業(yè)主要側(cè)重保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)用以開(kāi)拓技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)。
將分子標(biāo)記輔助育種的論文發(fā)表量和專利申請(qǐng)量對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，代表基礎(chǔ)研究的高校、科研院所和代表技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用的企業(yè)在兩類知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)出方面有顯著差異。對(duì)論文發(fā)表量前 10 名的研發(fā)單位統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，其專利申請(qǐng)總量遠(yuǎn)低于論文發(fā)表總量（圖 8）。其中，美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局發(fā)表 775篇論文，位于第一，無(wú)專利申請(qǐng)；排名第二的中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院發(fā)表 540 篇論文，其專利申請(qǐng)量亦低于論文發(fā)表量。對(duì)專利申請(qǐng)量前 10 名的研發(fā)單位統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，其論文發(fā)表總量遠(yuǎn)低于專利申請(qǐng)總量，前 6家研發(fā)機(jī)構(gòu)中，企業(yè)占 4 家。其中，EPIGENOMICS AG 專利申請(qǐng)量位于第一，共申請(qǐng) 922 件專利，但無(wú)論文發(fā)表；華中農(nóng)業(yè)大學(xué)排名第二，申請(qǐng)量為 439件，論文發(fā)表數(shù)量為 230 篇，是該技術(shù)領(lǐng)域基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新并舉的研發(fā)機(jī)構(gòu)；AJINOMOTO CO.，INC. 排 名 第 三，專 利 數(shù) 量 為 332 件，同 樣 無(wú) 論 文發(fā)表。
綜上，分子標(biāo)記輔助育種的基礎(chǔ)研究主要由高校、科研院所推動(dòng)，技術(shù)創(chuàng)新以企業(yè)為主導(dǎo)，部分高校、科研院所共同推進(jìn)。其中，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)在著力開(kāi)展分子標(biāo)記輔助育種基礎(chǔ)研究的同時(shí)，驅(qū)動(dòng)了技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)表論文的同時(shí)兼顧了專利技術(shù)保護(hù)。
3 結(jié)論
3.1 分子標(biāo)記輔助育種領(lǐng)域研發(fā)活動(dòng)呈現(xiàn)活躍態(tài)勢(shì) 分子標(biāo)記輔助育種經(jīng)過(guò) 20 多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一項(xiàng)高效的現(xiàn)代分子育種技術(shù)，其優(yōu)越性必將對(duì)作物育種產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并最終改變傳統(tǒng)育種模式。由于這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)越性，使得該領(lǐng)域受到越來(lái)越多的重視，在學(xué)術(shù)創(chuàng)新方面，論文產(chǎn)出規(guī)模連年增長(zhǎng)，年度發(fā)文量逐年上升；在技術(shù)創(chuàng)新方面，專利申請(qǐng)量總體呈上升趨勢(shì)。
3.2 分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)涉及到各類領(lǐng)域 分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)在后期應(yīng)用過(guò)程中涉及面很廣，它不僅需要將各種技術(shù)工具與目前可用于培育優(yōu)良品種的相關(guān)材料有機(jī)結(jié)合起來(lái)，而且還是一個(gè)融合分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、作物育種學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物信息學(xué)等多個(gè)學(xué)科的綜合工程 [10]。其中分子標(biāo)記輔助育種論文涉及的領(lǐng)域主要以農(nóng)業(yè)、植物學(xué)、遺傳學(xué)和生物學(xué)為主；在專利上主要的研究對(duì)象有核酸片段、植物細(xì)胞、真菌和藻類。
3.3 分子標(biāo)記輔助育種越來(lái)越受到世界主要國(guó)家、國(guó)際農(nóng)業(yè)組織及各類機(jī)構(gòu)的重視 分子標(biāo)記輔助育種領(lǐng)域的相關(guān)論文發(fā)表量和專利申請(qǐng)量均呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，雖然各類機(jī)構(gòu)和各個(gè)國(guó)家所注重的領(lǐng)域不同，但是分子標(biāo)記輔助育種的整體發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。分子標(biāo)記輔助育種研發(fā)力量主要集中在中國(guó)、美國(guó)、加拿大、德國(guó)和印度等國(guó)家，其中中國(guó)論文發(fā)表量和專利申請(qǐng)量遙遙領(lǐng)先，體現(xiàn)了我國(guó)在分子標(biāo)記輔助育種領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究成果產(chǎn)出顯著，并有效驅(qū)動(dòng)了技術(shù)創(chuàng)新，為分子育種產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。
3.4 高校和研究機(jī)構(gòu)在分子標(biāo)記輔助育種中應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)不同 在論文發(fā)表方面，研究機(jī)構(gòu)和高校在論文發(fā)表數(shù)量上占有優(yōu)勢(shì)，其中美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院占有重要地位。在專利申請(qǐng)方面，中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、瑞士和法國(guó)是專利申請(qǐng)總數(shù)最多的國(guó)家，其中企業(yè)在專利申請(qǐng)總量中占比最大。由此可見(jiàn)，文章發(fā)表和專利申請(qǐng)的情況在高校與企業(yè)中剛好呈現(xiàn)出相反態(tài)勢(shì)，這可能是因?yàn)楦咝８⒅鼗A(chǔ)研究，而企業(yè)更追求研究的產(chǎn)出效益。隨著世界各國(guó)技術(shù)壁壘的加劇，通過(guò)專利實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的保護(hù)越發(fā)重要，高校、科研院所在開(kāi)展基礎(chǔ)研究的同時(shí)亦應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠Ｗo(hù)力度。
4 展望
4.1 分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)將逐漸成熟 科學(xué)研究的發(fā)展不僅反映在理論和技術(shù)方法的不斷發(fā)展完善方面，也反映在科技文獻(xiàn)以及專利數(shù)量的增長(zhǎng)方面。隨著分子生物學(xué)研究的快速推進(jìn)和不斷深化，原來(lái)的各種分子標(biāo)記已經(jīng)不能滿足育種的需要，新的分子標(biāo)記將向更大規(guī)模、更多位點(diǎn)的方向發(fā)展，并具有重復(fù)性好、密度高和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，基因芯片、生物信息學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等新學(xué)科、新技術(shù)與分子標(biāo)記研究相結(jié)合，以及分子生物學(xué)與基因組學(xué)等學(xué)科的突破性進(jìn)展均加速了分子標(biāo)記輔助育種的研究進(jìn)程。近年來(lái)，低成本、高效率的測(cè)序技術(shù)使得全基因組大規(guī)模測(cè)序成為可能，從而形成了基于全基因組策略的分子選擇育種。
4.2 分子標(biāo)記輔助育種進(jìn)行的研究和培育將越來(lái)越多樣化 目前分子標(biāo)記輔助育種通常被用以提高作物的抗旱性和抗病性，在水稻、玉米和小麥等糧食作物中應(yīng)用最為廣泛。分子標(biāo)記輔助育種作為一種高效的現(xiàn)代分子育種技術(shù)，其研發(fā)領(lǐng)域逐漸成為人們的關(guān)注熱點(diǎn)，相關(guān)論文發(fā)表和專利申請(qǐng)數(shù)量將持續(xù)增長(zhǎng)。在今后，隨著這方面研究的不斷深入，分子標(biāo)記輔助育種亦將采用更加多樣化的標(biāo)記技術(shù)，為作物育種作出更大貢獻(xiàn)。（參考文獻(xiàn)略）
● 本文選自《論文與專利雙維度視角下分子標(biāo)記輔助育種發(fā)展態(tài)勢(shì)分析》
● 作者：邵卓 王婭麗 劉璐 溫小杰 劉瑩 王友華
● 單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所； 沈陽(yáng)工學(xué)院生命工程學(xué)院
● 刊于《中國(guó)種業(yè)》2021年 2 期 14-20 頁(yè) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明
