近期,农业农村部制定公布了《农业用基因组编辑植物安全评价指南(试行)》,进一步规范农业基因组编辑植物的安全评价管理,对于我国生物育种技术研发与产业推动具有里程碑意义。
生物育种是事关我国粮食安全的国家战略性、基础性核心产业。近年来,以基因编辑为代表的生物育种技术已成为国际育种的前沿和核心。
基因编辑是什么
基因编辑是一种能够对生物体的目标基因进行定点“编辑”的工程技术,四次被评选为“世界十大科学进展”。2020年10月,新型基因编辑CRISPR/Cas9技术开发者荣获诺贝尔奖,该技术仅用了8年时间就获此殊荣,可以说对生命科学领域产生了革命性影响。CRISPR-Cas9系统主要由两个元件组成,一个是负责断开DNA双链的“剪刀”——核酸酶Cas9,另一个是负责精确定位的“导航系统”——sgRNA,“导航系统”可以带着“剪刀”在基因组的茫茫大海中找到我们想要编辑的位点断开DNA双链来完成精准的修饰工作,就如同我们在电脑上编辑一篇word文档一样。
这种“基因剪刀”黑科技,为提高粮食产量、改善人民健康带来了前所未有的历史机遇,带动农作物育种进入“精准调控时代”。一方面,可以安全、高效、精准地实现作物性状改良,解决传统育种周期长、目标不精准的问题,实现精准育种;另一方面,基因编辑系统培育的品种不含任何外源成分,通过基因编辑育种可以培育各种特殊营养功能需求的产品,实现精准营养。
基因编辑国内外现状
基因编辑是当前全球发展农业生产、满足农产品需求所高度重视的革命性颠覆性技术,全球农业大国高度重视。2018年美国政府发布《2018-2023年战略计划》,将基因编辑列为五个颠覆性技术之一长期投资;2019年俄罗斯公布约17亿美元的联邦计划,支持基因编辑研究,旨在培育基因编辑作物和动物新品种。世界多国积极推进基因编辑技术产业化,放开基因编辑产品监管,目前国外已有150余种植物基因编辑产品成功上市,其中美国农业部批准了70余种基因编辑作物。
我国“十四五规划”明确提出瞄准生物育种等前沿领域,有序推进生物育种产业化应用。总体来看,我国在基因编辑领域的布局较早,基础研发水平处于国际领先地位。此前,和其他领域颠覆性技术一样,以Cas9为代表的基因编辑技术的原始专利在美国,中国面临卡脖子的技术风险。令人振奋的是,两把属于中国的“基因剪刀”——Cas12i和Cas12j于2021年获得专利授权,打破了我国在基因编辑核心工具领域的技术空白。据悉,该专利由中国农业大学与山东舜丰生物科技有限公司(以下简称“舜丰生物”)合作挖掘。
据统计,目前国内外共有植物基因育种企业120余家,国外有Calyxt、Cibus、Benson Hill、Pairwise等行业翘楚,国内则有舜丰生物走在前列,开展规模化基因编辑产品开发及推广。
“我们目前已成功将Cas12i‘基因剪刀’用于玉米、水稻等主要农作物主栽品种的基因编辑中,围绕高产优质、营养强化、绿色高效等重要性状开发了一大批新型种质。”舜丰生物首席技术官李国甫介绍,“诸如世界首例香味鲜食玉米、油酸含量超过80%的高油酸大豆、增产达6-15%的超高产水稻、抗除草剂系列作物等。”
指南发布的意义
我国有14亿人口,8亿农民,是一个人口大国和农业大国。而土地资源有限,极端气候、农灾农害频发,草地贪夜蛾等重大生物灾害增加,继续依靠传统育种技术已越来越难以满足需求,生物育种是必然选择。
基因编辑技术兼具创新性和实用性,通过基因编辑技术可培育适应严酷气候、减少化肥、农药、减少淡水消耗的作物新品种,有效应对气候变化、自然资源的减少以及环境的持续恶化。同时,通过基因编辑技术创制高产、优质高附加值农产品,推进作物品种及农产品的定制化供给侧改革,提高农业质量效益和竞争力。
本次指南的发布,将基因编辑这项革命性的技术纳入有效管理,为基因编辑产业化的应用指明方向,对于打好种业翻身仗,保障国家粮食安全具有重要意义,对解决日益增长的世界人口粮食危机具有重大价值。
其他参考资料:
山东舜丰生物科技有限公司简介
2018年5月,山东省济南市政府与美国科学院院士朱健康教授签署"植物基因编辑技术产业基地项目"合作协议,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这一革命性技术在生物育种领域的产业化应用。项目成立山东舜丰生物科技有限公司(以下简称“舜丰生物”)进行产业化运作。舜丰生物作为国内第一个精准基因编辑工程化研发平台的运营主体,重点开展自主知识产权基因编辑核心工具CRISPR-Cas12i和CRISPR-Cas12j系统的挖掘及深度优化,填补了国内原创基因编辑核心专利的空白;同时,围绕基因编辑卡脖子技术、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,已获得12项专利授权。
舜丰生物搭建了高通量种质资源创新培育平台,致力于培育高产优质、绿色高效、抗逆性强且适宜机械化的超级新品种。以保障国家粮食安全为目标,进行高产抗逆品种培育,已开发了增产达6-15%的超高产水稻,株高在5-50%范围内精准矮化的抗倒伏高产玉米等主粮作物;以农业供给侧改革为指导方向,精准满足农产品加工业的需求,创制了淀粉品质改良的玉米、水稻、马铃薯等特色专用种质;以助力健康中国为己任,开展精准营养成分调控,已创制了Vc含量超过猕猴桃的超高Vc生菜,油酸含量超过90%的高油酸大豆等高附加值新品种;使“精准育种、精准营养”逐步成为现实。
舜丰生物将始终秉持“基因科技创造健康生活”的使命,为传统农业提质增效,为百姓营养健康需求提供精准的原料定制方案,为保障国家粮食安全和科技安全贡献力量。
基因编辑育种与转基因的区别
基因编辑技术育种与我们常听到的转基因技术育种不同。转基因技术是将人工分离和修饰过的外部基因导入到目的生物体的基因组中,从而改造生物。转基因导入的基因片段在受体基因组中插入的位置是随机的,并不固定。在农业育种上,科学家往往将另一物种中的某些基因转到农作物中,以达到抗虫、抗病、抗除草剂等目的。
与转基因技术不同,基因编辑技术不转入外源基因,只是对作物内部存在的基因进行修饰。基因编辑技术通常是将农作物本身的一些“不良基因”敲除,达到去劣存优的目的。在最终获得的植株中,并没有残留一点外源成分,具有与常规诱变品种无异的优点,相当于自然进化,因此在作物改良的生产应用上更为安全。该技术不仅解决了传统育种周期长、目标不精准的问题,同时也意味着未来品质、风味、营养、抗性和特殊功能食品等都可通过基因编辑的方法进行定制。