原創(chuàng) 喻珺 農(nóng)財網(wǎng)種業(yè)寶典 2023-06-30 

      我國生物育種發(fā)展到什么程度？

      全球范圍內(nèi)都有哪些基因編輯的產(chǎn)品？

      全球轉(zhuǎn)基因作物占總耕地面積的多少？

      80%以上的農(nóng)作物轉(zhuǎn)化體都由誰掌握？

      第三代雜交水稻技術(shù)有什么優(yōu)勢？

      與一代、二代技術(shù)有哪些不同？

      6月28日，生物育種技術(shù)研討交流活動在廣東深圳舉行，活動邀請深圳市政府主管部門、科研院校、生產(chǎn)加工企業(yè)等各行業(yè)農(nóng)業(yè)技術(shù)人員，對生物育種工作領(lǐng)域的概況和進展進行深入交流。

      中國基因編輯作物研究領(lǐng)跑全球

      基因編輯技術(shù)是在基因組水平上對DNA序列進行定點改造的遺傳操作技術(shù)?？茖W(xué)家自20世紀90年代末就開始探索基因組定點編輯技術(shù)，直到2013年出現(xiàn)CRISPR/Cas9技術(shù)后，基因編輯才被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域。

      中國有一批在基因編輯技術(shù)研究中處于頂端領(lǐng)域的科學(xué)家，以及兩家頭部的基因編輯公司（舜豐生物、齊禾生物），在基因編輯作物的研究上領(lǐng)跑全球。

      農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室主任王建勝介紹，目前全球?qū)蚓庉嬜魑锏难芯恐饕性谔岣弋a(chǎn)量和改善產(chǎn)品品質(zhì)等性狀方面，工業(yè)用途和耐生物及非生物脅迫等部分也有涉及。且基因編輯已經(jīng)在水稻、玉米、大豆、小麥和番茄等作物中得到廣泛應(yīng)用。

      全球范圍內(nèi)，糯玉米、高油酸大豆、抗褐變馬鈴薯、高GABA番茄、抗褐變蘑菇、抗除草劑水稻、抗除草劑玉米等基因編輯產(chǎn)品已陸續(xù)在美國、日本等國家推廣上市。

      當前，不少中國種子公司也開始加速布局基因編輯作物的研究。中國于2023年4月發(fā)布第一個農(nóng)業(yè)基因編輯安全證書，由山東舜豐生物科技有限公司獲得，可使用范圍為改良AE15-18-1大豆的生產(chǎn)。

      創(chuàng)世紀種業(yè)公司也已開始進行香味及粒型的基因編輯水稻研究。深圳市蓋瑞克生物科技有限公司在基因編輯“超級花生”計劃上不斷探索，已建立103種花生品種的轉(zhuǎn)化體系，已實現(xiàn)20余個品種的轉(zhuǎn)化，以期實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)花生品種的創(chuàng)新與突破以及花生原料工業(yè)化。

      瑞克生物科技“超級花生”計劃

      瑞克生物科技創(chuàng)始人駱超表示，目前團隊正在嘗試抗除草劑性狀+高賴氨酸性狀+高油酸性狀的基因編輯花生創(chuàng)制，該花生品種將更適合機械化種植、更高產(chǎn)、更具蛋白飼料價值，通過一次編輯實現(xiàn)多個性狀基因的同時編輯，大幅提升花生產(chǎn)業(yè)附加值。迎合花生大豆化的生產(chǎn)形勢。

      轉(zhuǎn)基因應(yīng)用與世界先進差10年以上

      轉(zhuǎn)基因育種是生物育種的重要方面，也是迄今為止全球發(fā)展速度最快、應(yīng)用范圍最廣、產(chǎn)業(yè)影響最大的現(xiàn)代生物育種技術(shù)。到今年，全球轉(zhuǎn)基因技術(shù)投入實際應(yīng)用已有42年，商業(yè)化已有28年。

      2022年，全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積達到歷史最高，為2.022億公頃，比上一年增長了3.3%。全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積也已占到耕地總面積的1/8，美國、巴西、阿根廷、印度和加拿大是全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積排名前5的國家。

      轉(zhuǎn)基因技術(shù)在不同作物中的普及率也不一樣。棉花、大豆、玉米、油菜是普及率前4的作物，棉花已普及80.4%，大豆則已普及了73.7%。中國大宗農(nóng)作物目前僅有棉花一種作物實現(xiàn)了轉(zhuǎn)基因的產(chǎn)業(yè)化。

全球轉(zhuǎn)基因作物推廣面積的比例

      王建勝介紹，隨著全球種企第三次大規(guī)模兼并重組，以拜耳、柯迪華、先正達、巴斯夫為代表的“兩超兩強”跨國種企，已圍繞從功能性狀基因挖掘與基因表達調(diào)控到轉(zhuǎn)基因品種創(chuàng)制、檢測與鑒定的完整技術(shù)鏈，進行了全面布局。他們掌握著全球農(nóng)作物81%以上的轉(zhuǎn)化體。

      而國內(nèi)第一代轉(zhuǎn)基因玉米的轉(zhuǎn)化體，大多數(shù)用國外專利過期的基因進行重新轉(zhuǎn)化獲得新的轉(zhuǎn)化體?；旧鲜且粋€從模仿到在模仿過程中逐步創(chuàng)新的路線。

注：紅色為國外專利過期的功能基因

      深圳市種子同業(yè)商會會長楊雅生表示，我國轉(zhuǎn)基因技術(shù)在多方面均與世界先進水平存在較大的差距，特別是在產(chǎn)業(yè)化方面與全球的差距至少有10年。

      分子標記成本下降，GS將得到廣泛應(yīng)用

      分子標記輔助育種是通過分析與目標基因緊密連鎖的分子標記，借助分子標記對目標性狀基因型進行選擇的育種方法。具有快速、準確、不受環(huán)境條件干擾的優(yōu)點。

      目前分子標記的種類較多，用于植物育種的主要有RFLP，RAPD，AFLP，SSR，ISSR，SCAR，STS，CAPs等。

      從1980年代基于凝膠電泳到2020年代基于基因測序，分子標記輔助育種得到了快速發(fā)展。目前主流的基因分型技術(shù)，已從手動走向半自動或者全自動化，正在向高度自動化，高通量，低成本這樣一個很靈活的方向發(fā)展。

      國內(nèi)當前應(yīng)用較多的是通過用分子標記劃分玉米種資源優(yōu)勢群，可分為PA優(yōu)勢群，瑞德優(yōu)勢群等，還可以進行玉米雜種優(yōu)勢群劃分與新品種選育，玉米重要性狀優(yōu)異等位變異發(fā)掘，以及玉米優(yōu)異種質(zhì)資源創(chuàng)制的反向育種等。

      而在應(yīng)對復(fù)雜數(shù)量性狀改良，特別是多個微效基因控制的數(shù)量性狀改良方面，全基因組選擇技術(shù)（GS）也有著較強的優(yōu)勢。襄陽正大種業(yè)股份有限公司生物育種總監(jiān)兼襄陽核心試驗站站長吳坤表示，隨著分子標記成本下降，育種家可以更廣泛地使用GS技術(shù)，GS適合于產(chǎn)量、品質(zhì)這種多個微效基因控制的數(shù)量性狀的研究，尤其是玉米中，比較缺乏這種主效基因，使用GS將更加有效。

      吳坤介紹，未來，分子標記將朝著更高效、更準確的方向發(fā)展。如種子切片技術(shù)和MAS結(jié)合可提高分子育種效率；還有高通量低成本的核酸標準化提取體系，中通量基因分型體系一天可以檢測20000~30000個點，高通量基因分型體系一天可以檢測200000個點。

      第三代雜交水稻技術(shù)，未來的發(fā)展方向

      本次會議，深圳市作物分子設(shè)計育種研究院研發(fā)中心主任許純玨還介紹了第三代雜交水稻技術(shù)。（廣三系法）

      該技術(shù)應(yīng)用自然界中較為常見的環(huán)境不敏感型細胞核雄性不育系，搭配常規(guī)可育品種和轉(zhuǎn)基因保持系，而實現(xiàn)新型水稻的三系雜交育種。

      許純玨表示，第三代雜交水稻技術(shù)具有眾多的優(yōu)勢：首先，該技術(shù)有效解決了環(huán)境不敏感型隱性細胞核雄性不育系的規(guī)?；敝畴y題，實現(xiàn)了此類核不育材料在雜交稻生產(chǎn)中的應(yīng)用，極大豐富了不育基因資源。

      其次，該組合中的不育系不受恢保關(guān)系制約，提高了雜種優(yōu)勢資源利用率，更易于選育出強優(yōu)勢組合。

      再來就是，該方法不育系育性穩(wěn)定，克服了光溫條件不可控給雜交制種造成的安全風(fēng)險，使不育系種子繁殖和雜交種制種安全可控。

      最后，不育系和保持系遺傳行為簡單，不受微效基因影響，能夠快速規(guī)模化地創(chuàng)制新不育系。

      2019年在第三屆中國（三亞）國際水稻論壇上，袁隆平院士在報告指出：第三代雜交稻“初露鋒芒” ，克服了三系法雜交水稻配組難度大和兩系法雜交水稻育性不穩(wěn)定的弱點，雙季晚稻單產(chǎn)15000千克/公頃，是今后的發(fā)展方向。而廣三系法也是運用了生物育種技術(shù)而發(fā)展起來的新技術(shù)。

      隨著生物育種技術(shù)的快速發(fā)展，未來，育種家在植物育種中可使用的工具也將更為豐富。能否用好這些工具創(chuàng)制更適應(yīng)新時代的品種，讓育種工作效率提高，也是種業(yè)界需要關(guān)注的焦點。

      記者丨喻珺

      編輯丨農(nóng)財君

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