育种4.0:基因编辑设计中国种子丨硬科技闭门会回顾

我是科学家iScientist 2022-05-14 10:00

现代育种是一门高技术、高壁垒的产业。自古至今,人类的育种技术经历了四个阶段:驯化育种,遗传育种、分子育种、设计育种。如今,我们已经跨越了前三个时代,来到“育种4.0”——基因编辑的世界。


在新的历史阶段,中国为什么要重视基因编辑育种技术?基因编辑在现代种业中有哪些具体应用?世界各国对基因编辑育种的态度如何?基因编辑育种的前景在哪?中国公司在其中有哪些机会?


5月10日,APEC中国青委会联合果壳硬科技,邀请了种业头部专家、产业公司技术专家、投资人、知识产权法律专家等嘉宾,与观众一同就这些问题进行探讨和分享。由于本次活动为闭门会,我们只对话题进行简要整理回顾。


另外,APEC中国青委会与果壳硬科技联合主办的下一场闭门会将围绕“双碳”主题,活动正在积极筹备中,近期将开放观众报名,欢迎关注果壳硬科技。


我们为什么要重视基因编辑育种?


分享人:刘春明(北京大学现代农学院院长、中国科学院植物研究所二级研究员)


当下的农业科技有五个发展方向。一是动植物新品种的产业化,一个好的品种不仅能提升产量、给农民带来更高的利润,种业公司也能从中获益。但这几年出现的新品种固然有很多,大品种、有突破性的品种不多。


二是高端的农产品加工产品和产业,原初农产品的价格相对较低,而加工企业能提高它们的附加值。


三是智慧农业、农机,这是目前资本市场比较热的领域,参与者也非常多,但是真正做好做大做强的企业比较少,需要更多科技企业参与和关注。


四是设施农业和植物工厂。一些公司采用技术手段控制温湿度和二氧化碳供给,让叶菜在完全封闭的环境下,实现一年四季稳定生产。


五是新型基因利用和基因编辑,因其效率高、目的性强、周期短,为生物育种提供了全新机遇。但市面上真正有重大价值的基因还是太少。


比如改善营养品质的基因。


在小麦、玉米、小米等禾谷类作物里,白米的营养价值最低,因为水稻中的B族维生素和微量元素主要积累在外侧的糊粉层。我们发现,一个简单的单基因遗传性状改变,能够让原本一到两层细胞的糊粉层,变成三到五层,乃至五到十层,提高稻米的营养品质。


基因编辑也可解决“穗发芽”的问题。如果收获季节雨水过多,麦穗、稻穗来不及收割就会发芽,降低农产品品质。我们发现了一个重要的调控基因,如果降低这个基因的表达,或者直接敲除这个基因,就能延缓萌发。


基因编辑怎么用?有什么用?


分享人:许建平(先正达集团院士、全球分子技术总监)


行业最受推崇的基因编辑工具当属Cas 9,它就像一把多功能刀。利用这个技术,我们可以随意插入、替换、删除单个或者多个碱基,也可以同时调整多个目标基因。如果你想研究某个基因的功能,也可以用Cas 9做定点饱和突变,拿到很多突变体,从中找到想要的结果。



为什么要费这么大劲给农作物育种?


对于消费者来说,基因编辑技术能让他们吃得更健康、更有味道。先正达集团在蛋白质、碳水化合物和油脂方面的改良都有深入研究,比如高油酸的大豆、向日葵品种,这种油也更稳定,更健康。同时先正达集团也研究货架期更长,耐运输,耐储藏的农产品,有利于减少浪费。


对于农民来说,基因编辑技术能减少劳动量、保证他们的收入。比如抗旱、抗倒伏、抗虫害的性状能减少不利的环境因素对作物的影响,作物产量越高,农民的收入自然就高了。


大豆被卡脖子怎么办?问花生


分享人:骆超(弥生生物董事长、首席技术官)


中国食用植物油年消费量约为3100万吨,其中超过70%依赖进口,而进口食用油中过半份额由大豆压榨获得。但根据2017年的数据,中国从国外进口9552.6万吨大豆,依赖程度接近91%。


实际上,花生的优势比大豆突出,是一种更好的替代作物。


一是花生的亩产量高、含油量高。大豆的亩产量只有120公斤~130公斤,而花生的亩产量可达300公斤~500公斤。另外,花生的含油量高达50%,是大豆的2.5倍。


二是种植花生的收益更高。在中国,农民投入一元钱种植花生的收益是六毛八分,同样的投入种植大豆只有两毛三分的利润,只有前者的三分之一。


三是种植花生有利于减少我国对大豆的依赖性。花生是少数几种具有出口创汇优势的农产品,进一步扩大种植可以更好地体现它的优势。而且花生有花生油、花生酱等众多衍生产品,庞大的下游产业可以支持前端生产。


基因编辑技术,则能在原有的基础上优化花生的性状,扩大其优势。


弥生生物把抗除草剂、高油酸、高赖氨酸三个性状培育出“超级花生”,较普通花生更高产、加工产品货架期更长,花生粕用作蛋白饲料还能提高肉蛋奶的产量。


经我们估计,如果未来用“超级花生”替代转基因大豆,替代10%种植面积,就可以替代40%的食用油市场和20%的蛋白质饲料市场,意义巨大。


世界各国对基因编辑育种的态度如何?


分享人:赵强(作物科学亚洲协会北京代表处首席代表兼执行总监)


纵观各国对待基因编辑作物的政策,美国的进展相对较快。美国有农业部,食药局和环保署三个部门从不同方向进行管理,其中:


  • 农业部基于个案原则,对产品的潜在植物有害化风险进行审查;

  • 美国食品药品管理局基于咨询,有后市场化监管职能;

  • 美国环保署对赋予植物杀虫性或抗病性的转基因和基因组编辑产品基于个案进行评估。


阿根廷和日本的政策与美国类似,前者在2015年建立了个案咨询程序,以确定产品是否属于转基因生物法规监管的范畴,而后者干脆效仿美国法规体系,在环境和食用方面分别推出了相应的政策文件。


至于我国,总体上仍在国务院颁布的《农业转基因生物安全管理条例》下,对基因编辑作物进行管理。


不过,2022年1月,农业农村部发布《农业用基因编辑植物安全评价指南(试行)》(下称“《安全评价指南》”)把基因编辑单提出来,正是为了简化对基因编辑作物的监管。


新政策主要考虑了三个方面的因素:第一,基因编辑的作物要与有长时间安全使用历史的植物相似,这也是业内的共识;第二,决定基因编辑作物安全性的,应该是植物本身的特性,而不是开发它的方法;第三,监管政策应当和风险水平成正比,安全的评审是一定要是必要的前置条件。


中国在基因编辑作物研发方面有先发优势,所以前面几位分享人也都呼吁大力推进基因编辑技术。我们一致认为,基因编辑技术将会成为新的国际科技竞争点。


观众提问讨论


Q:国际上很多基因编辑工具没有授权我国种业公司使用,这种专利限制对我国基因编辑作物的商业推广有什么影响?


许建平:

  • 如果将基因编辑工具用于研究,是可以免费使用;用于商品生产毫无疑问会受到专利限制,想出口的话也会被检查采用的编辑工具;

  • 国际上基因编辑专利目前还存在一些纠纷。基因编辑工具不是单一的专利,而是多个专利形成的组合,最常用的Cas-9就有两个主要的专利组合,一个被大公司全权收购、高价授权;另一个张锋的专利组合Broad研究所采取非全权授权的方式提供给产业界,大大降低了专利的使用费,许多农业科技公司都获得了Broad研究所的授权;

  • 基因编辑工具种类有很多,国内也有研究的团队获取了一些基础专利,只是使用限制比Cas 9多。


Q:我国育种行业在哪些环节突破的潜力最大?


骆超:

  • 基因编辑技术在主要的粮食作物和战略作物方面优势很大,但国内有实力的研究机构和企业也在做这方面的工作,竞争很激烈;

  • 可以寻找一些蓝海,比如重要的经济作物。


刘春明:

  • 如果给作物的性状潜力进行排序,那应该是高产抗病、抗倒伏、抗盐碱和营养。


Q:发达国家有什么值得我们参考的经验?


赵强:

  • 中国在技术上其实不落后其他国家,甚至可能弯道超车。但是在政策上,其他国家有更多便利通道。大家对基因编辑如此热情,就是因为美国已经尝到了一些甜头。另外,为避免低水平重复,寻找更多更好的基因,还需要国家、科研界以及产业界共同努力。

骆超:

  • 只有从研发到消费各环节都能获益,才能够更好地去推广、销售基因编辑产品;

  • 如果作物属于是寡头市场,我们应该以优质原料供应商的角色进行商业化;

  • 如果作物属于新兴市场,可以作为产品的生产者,直接针对C端市场;

  • 如果是涉及国家安全命脉的作物,需要和国家等联合,把生产、压榨、运输每个环节都握在国内。


Q:今天育种领域已经有很多初创企业,从投融资的视角上,能给创业者什么建议?


吴小亮(澄明则正律师事务所创始合伙人):

  • 科学家创业的核心是知识产权的成果转化和商业化。在十几年前,我们曾无法想象今天中国会在版权及其衍生品运营领域诞生那么多的上市公司,很重要的基础在于版权价值被大家认知,以及配套法律法规保护的健全。

  • 在新《种子法》修订后,建立了实质性的派生品种制度,给了“培育者”更大的保护和机会。宏观政策的改变,正是这一轮农业育种、基因编辑风口非常重要的背景。IP保护非常重要,随着多维度保护规则的逐步健全,将建立起更多行业壁垒,行业未来商业化、资本化的空间也就更大。


Q:从实验室到商品推广,有哪些注意事项?


曹祖平(巴斯夫农业解决方案部法规与政府事务总监 ):

  • 基因编辑为产品开发提供了全新的机遇,过去20多年全球商业化应用最广的为抗虫和耐除草剂两类基因,近年来才出现了更多性状;

  • 一个好的性状需要通过好的品种来实现,性状开发者需要与好的种子公司合作,把好性状授权出去;

  • 如果产品仅在本地使用,并且不混入国际贸易链,就只需要关注本地法规,但若准备进入国际市场,则要注意各国监管方式差异。



题图来源:站酷海洛


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