透視：全球生物育種近況
原創(chuàng) 喻珺 農(nóng)財(cái)網(wǎng)種業(yè)寶典 2023-06-30
我國(guó)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(shuí)掌握？
第三代雜交水稻技術(shù)有什么優(yōu)勢(shì)？
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(dòng)在廣東深圳舉行，活動(dòng)邀請(qǐng)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(duì)生物育種工作領(lǐng)域的概況和進(jìn)展進(jìn)行深入交流。
中國(guó)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(duì)DNA序列進(jìn)行定點(diǎn)改造的遺傳操作技術(shù)。科學(xué)家自20世紀(jì)90年代末就開始探索基因組定點(diǎn)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(guó)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)、日本等國(guó)家推廣上市。
當(dāng)前，不少中國(guó)種子公司也開始加速布局基因編輯作物的研究。中國(guó)于2023年4月發(fā)布第一個(gè)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(jì)種業(yè)公司也已開始進(jìn)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(jí)花生”計(jì)劃上不斷探索，已建立103種花生品種的轉(zhuǎn)化體系，已實(shí)現(xiàn)20余個(gè)品種的轉(zhuǎn)化，以期實(shí)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(jí)花生”計(jì)劃
瑞克生物科技創(chuàng)始人駱超表示，目前團(tuán)隊(duì)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(jī)械化種植、更高產(chǎn)、更具蛋白飼料價(jià)值，通過(guò)一次編輯實(shí)現(xiàn)多個(gè)性狀基因的同時(shí)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(shì)。
轉(zhuǎn)基因應(yīng)用與世界先進(jìn)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(shí)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(dá)到歷史最高，為2.022億公頃，比上一年增長(zhǎng)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(guó)、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(guó)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(guó)大宗農(nóng)作物目前僅有棉花一種作物實(shí)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(dá)、巴斯夫?yàn)榇淼?ldquo;兩超兩強(qiáng)”跨國(guó)種企，已圍繞從功能性狀基因挖掘與基因表達(dá)調(diào)控到轉(zhuǎn)基因品種創(chuàng)制、檢測(cè)與鑒定的完整技術(shù)鏈，進(jìn)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(guó)內(nèi)第一代轉(zhuǎn)基因玉米的轉(zhuǎn)化體，大多數(shù)用國(guó)外專利過(guò)期的基因進(jìn)行重新轉(zhuǎn)化獲得新的轉(zhuǎn)化體?；旧鲜且粋€(gè)從模仿到在模仿過(guò)程中逐步創(chuàng)新的路線。
注：紅色為國(guó)外專利過(guò)期的功能基因
深圳市種子同業(yè)商會(huì)會(huì)長(zhǎng)楊雅生表示，我國(guó)轉(zhuǎn)基因技術(shù)在多方面均與世界先進(jìn)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(biāo)記成本下降，GS將得到廣泛應(yīng)用
分子標(biāo)記輔助育種是通過(guò)分析與目標(biāo)基因緊密連鎖的分子標(biāo)記，借助分子標(biāo)記對(duì)目標(biāo)性狀基因型進(jìn)行選擇的育種方法。具有快速、準(zhǔn)確、不受環(huán)境條件干擾的優(yōu)點(diǎn)。
目前分子標(biāo)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(cè)序，分子標(biāo)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(dòng)走向半自動(dòng)或者全自動(dòng)化，正在向高度自動(dòng)化，高通量，低成本這樣一個(gè)很靈活的方向發(fā)展。
國(guó)內(nèi)當(dāng)前應(yīng)用較多的是通過(guò)用分子標(biāo)記劃分玉米種資源優(yōu)勢(shì)群，可分為PA優(yōu)勢(shì)群，瑞德優(yōu)勢(shì)群等，還可以進(jìn)行玉米雜種優(yōu)勢(shì)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(duì)復(fù)雜數(shù)量性狀改良，特別是多個(gè)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(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。襄陽(yáng)正大種業(yè)股份有限公司生物育種總監(jiān)兼襄陽(yáng)核心試驗(yàn)站站長(zhǎng)吳坤表示，隨著分子標(biāo)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(gè)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(lái)，分子標(biāo)記將朝著更高效、更準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化提取體系，中通量基因分型體系一天可以檢測(cè)20000~30000個(gè)點(diǎn)，高通量基因分型體系一天可以檢測(cè)200000個(gè)點(diǎn)。
第三代雜交水稻技術(shù)，未來(lái)的發(fā)展方向
本次會(huì)議，深圳市作物分子設(shè)計(jì)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(xì)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(shí)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(shì)：首先，該技術(shù)有效解決了環(huán)境不敏感型隱性細(xì)胞核雄性不育系的規(guī)?；敝畴y題，實(shí)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(shì)資源利用率，更易于選育出強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合。
再來(lái)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(xiǎn)，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(jiǎn)單，不受微效基因影響，能夠快速規(guī)?；貏?chuàng)制新不育系。
2019年在第三屆中國(guó)（三亞）國(guó)際水稻論壇上，袁隆平院士在報(bào)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(diǎn)，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(yùn)用了生物育種技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。
隨著生物育種技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)，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(shí)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(diǎn)。
記者丨喻珺
編輯丨農(nóng)財(cái)君
聯(lián)系農(nóng)財(cái)君丨18565265490
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南方農(nóng)村報(bào)丨農(nóng)財(cái)寶典
