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        1. 神奇“剪刀” 改良農作物育種

          文章來源: 中國知識產權報/中國知識產權資訊網
          發布時間: 2022/3/31 11:17:00

            當前,具有敲掉病害基因并補上高產基因等優點的農業用基因編輯技術備受世界各國重視,其憑借較強的改良育種能力被譽為神奇“剪刀”。為規范農業用基因編輯植物安全評價工作,農業農村部前不久發布了《農業用基因編輯植物安全評價指南(試行)》(下稱《指南》),對不引入外源基因的基因編輯植物的安全評價申報程序等進行規范。


            如何打好種業翻身仗,培育出高產、優質、抗病的農作物品種,是擺在科研人員面前的一道課題。業內人士表示,相關政策的出臺和落地,將助力我國農作物植物方面的技術創新,同時也有助于農業用基因編輯植物向商業化邁進。


            政策落地助研發


            人們在提到農業用基因編輯技術時,往往會想到轉基因技術,那么這兩者有何區別?基因編輯技術的優勢又在哪里呢?


            就這些疑問,中國農業科學院深圳農業基因組研究所(下稱中國農科院基因組所)研究員張春芝給出了答案。“農業用基因編輯技術是在生物自身基因組上進行改造,通過定向敲除或增加替換DNA序列,使生物體獲得新的性狀;而轉基因技術則是引入其它個體或其它物種的外源DNA序列。與轉基因技術相比,農業用基因編輯可以準確快速創造優良變異,而且不含有外源的DNA序列,是重要的新型育種技術。”張春芝介紹,如今,《指南》合理簡化了未引入外源基因的基因編輯產品監管體系,有助于加快新型育種技術的發展。


            “《指南》的政策措施非常好,將對植物品種審定、實現產業化等產生積極影響。”中國科學院遺傳與發育生物學研究所(下稱中科院遺傳發育所)研究員謝旗表示,此前,美國、加拿大、日本等國也推出了類似的政策,并將農業用基因編輯技術應用于蘋果、土豆、蘑菇等農作物上,培育出了許多優良品種。如今,我國相關《指南》的出臺,為基因編輯的研究人員吃下了“定心丸”,使他們放開手腳,大膽探索。


            技術改良育新種


            得益于國家政策的支持,基因編輯技術在農業育種中得到了廣泛的應用。中科院遺傳發育所謝旗團隊多年來致力于高粱新品種的培育,已擁有中科甜438、中科甜968等6個國家登記品種,并在我國新疆、寧夏、甘肅等地實現了50萬畝的推廣種植。如今,該團隊研發的農業用基因編輯技術實現突破,形成了最新的研發成果——新型香高粱,已提交“Tannin1基因及其參與合成的次級代謝產物在抗雀科鳥類危害上的應用”“創制香味高粱的方法及其所用生物材料”等多件專利申請。


            謝旗表示,團隊采用農業用基因編輯技術,在高粱中首次敲除了一種酶的基因,不僅高粱米清香四溢,就連莖葉都有香味,可以作為草食性動物的營養飼料。此外,團隊通過喂食實驗發現:相比于野生型高粱,添加新型香高粱植株干粉的飼料對兔子更具吸引力,兔子的采食量顯著提高,更健康且生長速度更快。


            “一方水土養一方人,一方原糧釀一壺好酒。”考慮到高粱是釀制白酒的絕佳原料,謝旗團隊與中國科學院微生物研究所合作,嘗試用新型香高粱釀酒,改善風味提高品質。“《指南》的出臺加速了我國農業用基因編輯品種審定工作,為新品種相關產品產業化帶來了革命性的變化。我們正按照《指南》要求準備相關文件及科學數據,爭取早日拿到品種審定證書。”謝旗表示,下一步,團隊將持續研發,增強知識產權布局能力,讓高粱在膳食纖維食品、釀酒、釀醋、飼草動物飼料等產業發揮更大作用。


            “敲除”病害增品質


            馬鈴薯是老百姓日常生活中的常見食材,主要依靠薯塊無性繁殖,易攜帶病蟲害,儲運成本較高。為解決這個問題,中國農科院基因組所牽頭組建團隊,應用基因組設計理論和方法體系培育出了雜交馬鈴薯,使得馬鈴薯“一代更比一代強”。


            “通過基因組研究,我們弄清了有害突變的分布特征,提出了鑒定和淘汰有害突變的方法論,成功解決了這一難題。”團隊成員趙婀姿表示,目前,團隊圍繞相關技術提交了“一種馬鈴薯雜交育種親本的選擇方法”等發明專利申請,構建了基因組設計育種體系。


            “原先種一畝地需要200公斤種薯,現在一畝地只需要2克馬鈴薯種子。而且種子基本不攜帶病蟲害,既降低了成本又提高了產量,品質也更好了。”趙婀姿介紹,目前,“優薯1號”已在試驗田進行了試種,結果顯示,其肉質金黃,口感軟糯,產量接近每畝3噸。


            “除了通過農業用基因組設計育種技術培育雜交馬鈴薯,我們還將基因組育種技術應用到了黃瓜、番茄等果蔬上。”趙婀姿介紹,在“黃瓜基因組和重要農藝性狀基因研究”項目中,團隊成功“解鎖”了黃瓜中苦味的來源,實現了對苦味物質的精準調控,讓黃瓜變“甜瓜”。該項目成果獲得2018年度國家自然科學獎二等獎。在“美味番茄”項目上,團隊破解了調控番茄風味和外形等性狀的遺傳機制,培育了“深愛1號”和“深愛2號”番茄品種,申請了番茄植物新品種權,獲得2020年度農科院科學技術成果獎。


            “有了《指南》,我們開展研發工作就有了‘抓手’。未來團隊將繼續開發更精準的算法,鑒定影響自交系長勢、產量的有害突變,并通過先進的育種技術去淘汰這些突變。”張春芝表示,團隊還將在功能基因、拓展應用等領域進行專利布局,開創新的育種方法,促進成果轉化落地。


            如今,以農業用基因編輯為代表的生物育種技術作為農業核心技術之一,已逐漸成為國際育種領域專家進行攻關突破的前沿?;蚓庉媽⑹罐r作物育種進入“精準調控時代”,對打好種業翻身仗,保障國家糧食安全具有重要意義。(劉弘一)

           

          (編輯:晏如)

           

          (中國知識產權報獨家稿件,未經授權不得轉載。)

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