在基因编辑中试熟化平台培育的玉米幼苗。 受访者供图

■本报记者 张双虎

一颗种业“高端定制”的“种子”已经埋下，也许明年，基因组学精准育种的产业化应用就会在田间开花结实。

近日，全国首个植物基因编辑公共技术平台在济南正式启用。专家认为，此举意味着我国生物育种技术的产业化应用按下“加速键”，从而补齐我国基因编辑生物育种技术“基础研发水平强，但产业化弱”的短板。

定制的“魅力”

“基因组学育种主要研究基因组的结构、功能、进化、定位和编辑等，是通过对作物基因进行表型特征、定量分析及不同基因组比较研究，设计‘定制’作物品种，提高育种效率的一项颠覆性技术。”西北农林科技大学教授、农业农村部小宗粮豆专家指导组副组长冯佰利在接受《中国科学报》采访时说，“目前，我国科学家利用基因组学、蛋白组学、代谢组学、表型组学等多组学联合技术开展分子设计育种，已经在水稻、大豆、玉米、马铃薯等作物上取得了一系列重要进展。”

10月中旬，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员田志喜团队培育的两个大豆新品系——TZX-1736、TZX-805，在山东东营黄河三角洲含盐量高达0.5%的重度盐碱地实收测产，创下了亩产520多斤的纪录（远超2020年我国大豆平均亩产264.8斤）。

5月份，山东舜丰生物科技有限公司（以下简称舜丰生物）与山东师范大学合作，在《植物学报》在线发表论文，利用基因编辑技术敲除玉米基因组中存在的两个水稻香味调控基因BADH2的同源基因，创制了世界首例香味玉米。

“目前，我们基于自主知识产权基因编辑工具，在不同物种（作物）中，进行了一系列活性和效率优化工作，并成功应用到多个物种的育种研发中。”舜丰生物运营总监汪杰告诉《中国科学报》，“我们创制了一系列新表现型‘材料’，培育出包括抗倒伏高产玉米，淀粉品质改良水稻、马铃薯，超高维C生菜，高油酸大豆等多个新品种，为农业提质增效做好了技术储备。”

油酸是人体不能合成但又必需的不饱和脂肪酸，它不仅能有效降低有害胆固醇，还可维持有益胆固醇的水平，具有极高的健康价值。但传统的大豆油酸只有20%左右，企业往往要从国外进口高油酸大豆榨油，来满足消费者需求。而舜丰生物培育的高油酸大豆，油酸含量已达到80%以上，成为高附加值的新品种。

按下“加速键”

“作为生物育种技术的新锐，基于CRISPR/Cas系统的基因编辑技术被誉为近年来‘生命科学领域的革命性突破’，成为科技大国竞争激烈的战略制高点。”在平台启用仪式上，济南植物基因编辑产业化项目首席专家、美国科学院院士朱健康说，“基因编辑产业即将在全球范围内迎来发展机遇期，有望成为新的经济增长点。”

“该技术需要一个核心技术工具——基因编辑系统，它类似于计算机领域的操作系统。”汪杰说，“目前，科研和产业应用使用的基本都是基于CRISPR-Cas9基因编辑系统，而该系统专利，掌握在美国几个实验室和公司手里。”

2018年，济南在国内率先布局植物基因编辑产业化项目，通过政府扶持引导、顶尖团队承接、市场化运作来共同推动基因编辑技术在生物育种领域的产业化应用。该项目成立山东舜丰生物科技有限公司进行产业化运作，通过搭建世界领先水平的植物基因编辑公共技术平台、基因编辑底层技术研发中心、上下游企业总部基地，打造全链条科技创新孵化及产业化体系。

目前，济南植物基因编辑产业化项目已取得一系列重要阶段性成果。其中，联合中国农业大学开发优化的自主知识产权基因编辑系统——CRISPR-Cas12i和CRISPR-Cas12j，为基因编辑技术的产业化应用扫除了“卡脖子”问题。他们还储备了高产优质、绿色高效、营养健康系列产品，围绕基因编辑共性关键技术进行了系统的专利布局，已申请专利100余项，其中PCT专利22项，获得12项专利授权。

“基因编辑育种曾被部分人当成转基因看待，但它和转基因有本质的区别。”汪杰说，“比如，我们通过对大豆代谢通路中一个基因进行精准编辑来实现高油酸。这些调控只是针对大豆自身的基因进行修饰，没有插入外源的基因，不改变大豆本身的基因，它和转基因完全是两码事。”

不久前，中国科学院植物所研究员景海春、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员田志喜、中国科学院院士种康和李家洋联合撰写，并刊发在《中国科学—生命科学》上的文章《分子设计育种的科技问题及其展望概论》中提到，目前多数基因组编辑技术形成的最终产品不含外源DNA片段, 只是编辑目标生物自身特定基因组序列。因此，美、日已对基因编辑的农作物豁免转基因产品监管程序，英国也将放宽针对基因编辑农作物和动物的法规……

“之前监管政策不很明朗，所以这方面的技术基本上都处于实验室或小试阶段，没有推向应用。”汪杰说，“济南这个平台启动之后，研究和应用推广进程都会大大加快。接下来我们将围绕基因编辑工具和技术创新、主要农作物优良种质创制、特种加工用途作物性状改良、定制化农产品研产供销体系的搭建、营养功能强化产品在大健康产业中的应用及药用植物功能活性物质的开发等方面开展应用合作。”

汪杰介绍说，目前不少成果在实验中效果不错，政策明朗后，这些技术很快会通过申报登记或经安全评价后走向应用。“乐观的话，明年或后年，会在田间见到成果。”

让精准育种“开花结实”

“人们把基因组学誉为现代农业基础研究的 ‘火车头’、推进农业生物育种的‘发射台’。”冯佰利说，“我国已初步建立了‘种质资源收集鉴选评价与种质创新—基因组测序与分析—功能基因挖掘—分子设计育种—品种试验示范推广’的全产业链育种模式。随着现代农业技术发展以及人们对食品健康与营养需求，人们将通过全基因组分子设计育种进行个性化作物品种开发，研发个性化营养食品原料。”

冯佰利认为，目前我国基因组技术的规模化应用还未达到成熟阶段，数据需要迅速积累，理论需要不断完善；大群体重测序和表型数据获取的成本目前仍然较高；而且，缺乏高效、完整的数据库服务系统。

因此，当前一是要加强种质资源搜集、鉴选评价，加强优异特色种质资源的保护与利用。二是强化细胞工程育种、基因工程育种、分子标记辅助选择育种等前沿研究，创新农作物育种基础理论，突破育种关键技术，破译作物遗传密码，挖掘控制重要性状的关键基因，实现从传统“经验育种”到定向、高效的“精准育种”突破。三是要构建高效、安全、快捷的评价技术平台，建立生物安全评价及管理示范体系。

“基因组学的发展极大促进了精准设计育种研究，但实现精准设计育种，仅靠基因组还不够。”田志喜对《中国科学报》说，“精准设计育种需要在加强基因组学研究的基础上，整合表型的精准鉴定（精准表型组），对性状的决定进行精准解析（包括控制基因，基因调控网络及之间的最佳耦合），阐明不同环境下不同性状之间的协同耦合，进而通过多学科交叉（尤其是AI技术的引入，结合精准编辑、合成生物学等技术手段）对性状进行精准改造。所以，应该以基因组为基础，加强大数据科学驱动的多学科交叉，最终实现精准设计育种。”

《中国科学报》 (2021-12-21 第3版 农业科技)