透視：全球生物育種近況
原創 喻珺 農財網種業寶典 2023-06-30
我國生物育種發展到什么程度？
全球范圍內都有哪些基因編輯的產品？
全球轉基因作物占總耕地面積的多少？
80%以上的農作物轉化體都由誰掌握？
第三代雜交水稻技術有什么優勢？
與一代、二代技術有哪些不同？
6月28日，生物育種技術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、生產加工企業等各行業農業技術人員，對生物育種工作領域的概況和進展進行深入交流。
中國基因編輯作物研究領跑全球
基因編輯技術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。科學家自20世紀90年代末就開始探索基因組定點編輯技術，直到2013年出現CRISPR/Cas9技術后，基因編輯才被廣泛應用于醫學、農學、基礎研究等領域。
中國有一批在基因編輯技術研究中處于頂端領域的科學家，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跑全球。
農業農村部棉花生物學與遺傳育種重點實驗室主任王建勝介紹，目前全球對基因編輯作物的研究主要集中在提高產量和改善產品品質等性狀方面，工業用途和耐生物及非生物脅迫等部分也有涉及。且基因編輯已經在水稻、玉米、大豆、小麥和番茄等作物中得到廣泛應用。
全球范圍內，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品已陸續在美國、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月發布第一個農業基因編輯安全證書，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。
創世紀種業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種花生品種的轉化體系，已實現20余個品種的轉化，以期實現優質花生品種的創新與突破以及花生原料工業化。
瑞克生物科技“超級花生”計劃
瑞克生物科技創始人駱超表示，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制，該花生品種將更適合機械化種植、更高產、更具蛋白飼料價值，通過一次編輯實現多個性狀基因的同時編輯，大幅提升花生產業附加值。迎合花生大豆化的生產形勢。
轉基因應用與世界先進差10年以上
轉基因育種是生物育種的重要方面，也是迄今為止全球發展速度最快、應用范圍最廣、產業影響最大的現代生物育種技術。到今年，全球轉基因技術投入實際應用已有42年，商業化已有28年。
2022年，全球轉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基因作物種植面積排名前5的國家。
轉基因技術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%。中國大宗農作物目前僅有棉花一種作物實現了轉基因的產業化。
全球轉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控到轉基因品種創制、檢測與鑒定的完整技術鏈，進行了全面布局。他們掌握著全球農作物81%以上的轉化體。
而國內第一代轉基因玉米的轉化體，大多數用國外專利過期的基因進行重新轉化獲得新的轉化體。基本上是一個從模仿到在模仿過程中逐步創新的路線。
注：紅色為國外專利過期的功能基因
深圳市種子同業商會會長楊雅生表示，我國轉基因技術在多方面均與世界先進水平存在較大的差距，特別是在產業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、不受環境條件干擾的優點。
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展。目前主流的基因分型技術，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展。
國內當前應用較多的是通過用分子標記劃分玉米種資源優勢群，可分為PA優勢群，瑞德優勢群等，還可以進行玉米雜種優勢群劃分與新品種選育，玉米重要性狀優異等位變異發掘，以及玉米優異種質資源創制的反向育種等。
而在應對復雜數量性狀改良，特別是多個微效基因控制的數量性狀改良方面，全基因組選擇技術（GS）也有著較強的優勢。襄陽正大種業股份有限公司生物育種總監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，GS適合于產量、品質這種多個微效基因控制的數量性狀的研究，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、更準確的方向發展。如種子切片技術和MAS結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，未來的發展方向
本次會議，深圳市作物分子設計育種研究院研發中心主任許純玨還介紹了第三代雜交水稻技術。（廣三系法）
該技術應用自然界中較為常見的環境不敏感型細胞核雄性不育系，搭配常規可育品種和轉基因保持系，而實現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具有眾多的優勢：首先，該技術有效解決了環境不敏感型隱性細胞核雄性不育系的規模化繁殖難題，實現了此類核不育材料在雜交稻生產中的應用，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系制約，提高了雜種優勢資源利用率，更易于選育出強優勢組合。
再來就是，該方法不育系育性穩定，克服了光溫條件不可控給雜交制種造成的安全風險，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，能夠快速規模化地創制新不育系。
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定的弱點，雙季晚稻單產15000千克/公頃，是今后的發展方向。而廣三系法也是運用了生物育種技術而發展起來的新技術。
隨著生物育種技術的快速發展，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制更適應新時代的品種，讓育種工作效率提高，也是種業界需要關注的焦點。
記者丨喻珺
編輯丨農財君
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