黃耀輝,焦悅,吳小智,葉紀(jì)明

(中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部科技發(fā)展中心,北京 100176)

生物育種已作為戰(zhàn)略性國(guó)家重大科技項(xiàng)目寫進(jìn)國(guó)家“十四五”規(guī)劃綱要,中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議強(qiáng)調(diào),解決好種子和耕地問題,要開展種源“卡脖子”技術(shù)攻關(guān),立志打一場(chǎng)種業(yè)翻身仗。習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào),農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化,種子是基礎(chǔ),必須把民族種業(yè)搞上去,把種源安全提升到關(guān)系國(guó)家安全的戰(zhàn)略高度,集中力量破難題、補(bǔ)短板、強(qiáng)優(yōu)勢(shì)、控風(fēng)險(xiǎn),實(shí)現(xiàn)種業(yè)科技自立自強(qiáng)、種源自主可控。生物育種發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)育種、分子育種2個(gè)階段,其中轉(zhuǎn)基因育種是分子育種的一個(gè)方面,從轉(zhuǎn)基因育種25年的商業(yè)化進(jìn)程來看,它的發(fā)展是迅速的,帶來的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益也是可觀的。相比而言,生物育種比轉(zhuǎn)基因育種的發(fā)展空間更大,潛能無限。當(dāng)下,世界各國(guó)都在緊抓生物育種的時(shí)代脈搏,出臺(tái)了一系列生物育種扶持政策,加速推進(jìn)生物育種產(chǎn)業(yè)化。要想在前所未有之大變局中謀新局、開新篇,必須盡早實(shí)現(xiàn)生物育種產(chǎn)業(yè)化。本文旨在對(duì)生物育種的發(fā)展及其優(yōu)勢(shì)進(jìn)行梳理,并針對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)育種實(shí)際情況提出意見建議。

1 生物育種發(fā)展路徑

生物育種的定義是培育優(yōu)良生物的生物學(xué)技術(shù)。從生物遺傳育種的科學(xué)發(fā)展過程和世界農(nóng)業(yè)育種史來看,生物育種包括傳統(tǒng)育種(雜交育種)、誘變育種、倍性育種(單倍體育種、多倍體育種)、細(xì)胞工程和染色體工程育種、分子標(biāo)記輔助育種、轉(zhuǎn)基因育種和基因編輯育種等[1]。原始育種即人工馴化,人類根據(jù)經(jīng)驗(yàn)積累和肉眼觀察,選擇發(fā)生基因自然變異的農(nóng)業(yè)生物,再經(jīng)過長(zhǎng)期人工馴化獲得具有優(yōu)良性狀的品種。如果將原始育種作為育種1.0時(shí)代,那么傳統(tǒng)育種屬于育種2.0時(shí)代。傳統(tǒng)育種始于19世紀(jì)中葉到20世紀(jì)初,它主要是指利用雜交技術(shù)進(jìn)行新品種的選育。它以孟德爾和摩爾根提出的遺傳學(xué)三大基本定律——分離定律、自由組合定律、連鎖和交換定律為理論基礎(chǔ),通過人工雜交來實(shí)現(xiàn)株高、產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性等優(yōu)良性狀改良,培育生物新品種[2]。分子標(biāo)記輔助選擇和轉(zhuǎn)基因育種屬于育種3.0時(shí)代,是指利用分子標(biāo)記技術(shù)和重組DNA技術(shù)將抗病、抗蟲、抗逆、提高產(chǎn)量、提高營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等功能基因轉(zhuǎn)入受體生物中,獲得穩(wěn)定遺傳的優(yōu)異性狀,結(jié)合常規(guī)育種培育新品種。它的優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)已知功能基因跨物種的定向高效轉(zhuǎn)移,能夠解決傳統(tǒng)雜交育種不能解決的重大問題[3]。轉(zhuǎn)基因育種已成為世界上應(yīng)用速度最快的育種技術(shù)。根據(jù)國(guó)際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織(ISAAA)最新發(fā)布的報(bào)告,自1996年轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化種植以來,轉(zhuǎn)基因作物累計(jì)種植面積達(dá)27億hm2,為全球帶來了2 249億美元的經(jīng)濟(jì)效益,惠及1 600萬～1 700 萬農(nóng)民(其中95%來自發(fā)展中國(guó)家)。2019年是轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化的第24年,29個(gè)國(guó)家種植了1.904億hm2的轉(zhuǎn)基因作物,比1996年增加了約112倍[4]。現(xiàn)在我們提到的生物育種屬于育種4.0時(shí)代,是集各種前沿技術(shù)大成,包含轉(zhuǎn)基因育種等分子育種及利用信息技術(shù)的智能設(shè)計(jì)育種的分子育種技術(shù)?，F(xiàn)代生物技術(shù)育種體現(xiàn)了遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、合成生物學(xué)和計(jì)算生物學(xué)等多種前沿科學(xué)的交叉融合,目的是培育出具有革命性、顛覆性、實(shí)用性的重大品種[5]。

2 生物育種政策優(yōu)勢(shì)

推動(dòng)轉(zhuǎn)基因研究與應(yīng)用是我國(guó)既定的戰(zhàn)略決策。我國(guó)2008年啟動(dòng)實(shí)施了農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項(xiàng),以水稻、小麥、玉米、大豆、棉花5大作物和豬、牛、羊3類動(dòng)物為對(duì)象,重點(diǎn)突破基因克隆、轉(zhuǎn)基因操作和生物安全三大核心技術(shù)。目的是獲得一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和重大育種價(jià)值的基因,培育一批突破性的轉(zhuǎn)基因生物新品種,為保障國(guó)家食物安全提供科技支撐[6]。2009年國(guó)務(wù)院發(fā)布《促進(jìn)生物產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的若干政策》,確立生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的四大目標(biāo),并加大財(cái)稅支持力度,提出“加快把生物產(chǎn)業(yè)培育成為高技術(shù)領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)和國(guó)家的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”[7]。從2009年至2020年,中央一號(hào)文件多次提及對(duì)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因工作的部署,提出要加快實(shí)施轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng),加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)研發(fā)和監(jiān)管,在確保安全的基礎(chǔ)上慎重推廣[8-12]。2020年10月29日,十九屆五中全會(huì)審議通過了《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二○三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》,明確將生物育種列入需要強(qiáng)化國(guó)家戰(zhàn)略科技力量的八大前沿領(lǐng)域[13]。2020年中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議提出要“尊重科學(xué)、嚴(yán)格監(jiān)管,有序推進(jìn)生物育種產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”。2021年2月21日,中央一號(hào)文件提出對(duì)育種基礎(chǔ)性研究以及重點(diǎn)育種項(xiàng)目給予長(zhǎng)期穩(wěn)定支持,加快實(shí)施農(nóng)業(yè)生物育種重大科技項(xiàng)目[14]。這一系列文件及政策的發(fā)布,充分說明我國(guó)對(duì)生物育種的態(tài)度是明確的,也是一貫的,可以總結(jié)成3句話:研究上堅(jiān)持自主創(chuàng)新;推廣上做到確保安全;管理上堅(jiān)持依法監(jiān)管。

2020年12月,習(xí)近平總書記在中央農(nóng)村工作會(huì)議上說,“要牢牢把住糧食安全主動(dòng)權(quán),糧食生產(chǎn)年年要抓緊。要堅(jiān)持農(nóng)業(yè)科技自立自強(qiáng),加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)”。種業(yè)是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ),沒有優(yōu)良的品種很難生產(chǎn)出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品;沒有糧食安全,就沒有國(guó)家的穩(wěn)定。14億中國(guó)人的飯碗,取決于種子,要確保中國(guó)人的飯碗牢牢端在自己手里,就必須把種業(yè)緊緊握在自己手中。在國(guó)家一系列政策的支持下,利用先進(jìn)的農(nóng)業(yè)設(shè)備和生物技術(shù),長(zhǎng)期開展生物育種的科學(xué)研究,解決國(guó)內(nèi)種業(yè)的不適應(yīng)性和短板弱項(xiàng),培育出適應(yīng)中國(guó)土壤的高產(chǎn)種子,這就是生物育種促進(jìn)種業(yè)科技創(chuàng)新的政策優(yōu)勢(shì)所在。

3 生物育種技術(shù)優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)代生物育種依托育種4.0時(shí)代的先進(jìn)技術(shù),既包含育種3.0時(shí)代的轉(zhuǎn)基因育種,還包括具有代表性的新一代技術(shù)如全基因組選擇、基因編輯和合成生物學(xué),這些創(chuàng)新技術(shù)已經(jīng)取得重要成果,并在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

3.1 轉(zhuǎn)基因育種

全球種植的轉(zhuǎn)基因作物有將近90%具有耐除草劑性狀[4]。農(nóng)田雜草是指生長(zhǎng)在農(nóng)田中的一切非栽培植物,可伴隨作物生長(zhǎng)的整個(gè)時(shí)期,是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中重要的生物組成部分[15]。雜草能夠不斷適應(yīng)氣候、土壤、作物和管理的變化,極大地增加了它的防治難度,直接或間接地影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[16-17]。我國(guó)田園雜草有1 454種(含亞種、變種、變型),有嚴(yán)重危害的130余種,其中惡性雜草37種,區(qū)域性惡性雜草96種,嚴(yán)重危害我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[18]。在雜草防控過程中存在雜草群落演替、難治雜草種群增加、雜草抗藥性發(fā)展迅速、除草劑創(chuàng)新能力難以滿足不同作物田間除草需求等問題,這些嚴(yán)重影響我國(guó)雜草防控效果,造成巨大糧食經(jīng)濟(jì)損失[18]。

為提高雜草防控效果,耐除草劑作物應(yīng)運(yùn)而生。2019 年全球耐除草劑作物種植面積為8 150萬hm2,占全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積的43%;具有抗蟲/耐除草劑復(fù)合性狀的作物種植面積為8 510萬hm2,占全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積的45%。耐除草劑作物大幅度降低了防治雜草所需要的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力,降低勞動(dòng)力的投入,減少雜草對(duì)作物產(chǎn)量的影響。此外,利用除草劑防治雜草也更加有利于推廣免耕技術(shù),減少土壤和肥料的流失。因此,推進(jìn)耐除草劑生物育種作物的產(chǎn)業(yè)化是至關(guān)重要的。我國(guó)至今發(fā)放的4個(gè)玉米和3個(gè)大豆的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全證書均具有耐除草劑性狀,包括耐除草劑玉米‘DBN9858’、耐除草劑大豆‘SHZD3201’、耐除草劑大豆‘中黃6106’和耐除草劑大豆‘DBN9004’4個(gè)具有單一性狀的轉(zhuǎn)化體，以及抗蟲耐除草劑玉米‘DBN9936’、抗蟲耐除草劑玉米‘瑞豐125’和抗蟲耐除草劑玉米‘DBN9501’3個(gè)抗蟲耐除草劑復(fù)合性狀的轉(zhuǎn)化體[19-21],這為今后生物育種作物的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。除了耐除草劑和抗蟲性狀之外,轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)還能增強(qiáng)作物對(duì)逆境(如干旱、鹽堿、低溫等)的抵抗力,使其能在惡劣的環(huán)境下正常生長(zhǎng)或擴(kuò)大作物種植區(qū)域,間接提高作物產(chǎn)量[22]。下一步轉(zhuǎn)基因育種將開發(fā)品質(zhì)性狀改良、雜種優(yōu)勢(shì)改良以及復(fù)合性狀等新品種,在保障糧食安全的前提下,提高人們生活品質(zhì)。這些都是提升我國(guó)種業(yè)科技創(chuàng)新力的重要手段。

3.2 全基因組選擇

全基因組選擇是一種新的生物育種方法,首先估計(jì)全基因組上所有標(biāo)記或單倍型的效應(yīng),從而得到基因組估計(jì)育種值(genomic estimated breeding value,GEBV),通過在全基因組水平上聚合優(yōu)良基因型,改良重要農(nóng)藝性狀[23]。全基因組選擇不但可以縮短育種年限,而且可以大幅提升育種效率?；蚪M選擇技術(shù)在奶牛育種中已廣泛應(yīng)用,在豬、綿羊及肉牛育種中的應(yīng)用正在穩(wěn)步開展。我國(guó)利用全基因組選擇技術(shù)對(duì)中國(guó)荷斯坦牛綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)來選擇種公牛,使種公牛的選擇準(zhǔn)確性顯著提高,大幅度縮短了公牛的世代間隔,由常規(guī)育種的6.25年縮短到1.75年,縮短了4.5年,加快了群體遺傳進(jìn)展[24]?？蒲腥藛T利用豬60k SNP(single nucleotide polymorphism)芯片同時(shí)進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析,鑒定出大量的重要經(jīng)濟(jì)性狀位點(diǎn),如采食行為、外貌性狀、生長(zhǎng)性狀、肉質(zhì)、椎體數(shù)目、乳頭數(shù)、精子活力、免疫能力、藍(lán)耳病易感性等,這些已經(jīng)鑒定的數(shù)量性狀位點(diǎn)或突變位點(diǎn)可以輔助提高全基因組選擇的準(zhǔn)確性,或者在低密度芯片中增加已知性狀關(guān)聯(lián)的SNP標(biāo)記,設(shè)計(jì)開發(fā)高效的低密度SNP芯片和應(yīng)用,為豬育種提供更高性價(jià)比的全基因組選擇技術(shù)[25]。如Christensen等[26]利用豬60k SNP芯片選擇丹麥杜洛克豬的日增重和飼料轉(zhuǎn)化率時(shí),發(fā)現(xiàn)基因組估計(jì)育種值(GEBV)的準(zhǔn)確性比傳統(tǒng)方法高。羊50k SNP芯片的開發(fā)推進(jìn)了羊的基因組選擇,在毛用、肉用、乳用、繁殖、疾病等性狀都有相關(guān)的研究[27]。Zhang等[28]利用50k SNP芯片對(duì)329 只綿羊(蘇尼特羊、德國(guó)肉用美利奴羊和杜泊羊)開展體重性狀的全基因組關(guān)聯(lián)分析,檢測(cè)到與斷奶后日增重相關(guān)并達(dá)到基因組顯著水平的SNP位點(diǎn)10個(gè),達(dá)到染色體顯著水平的關(guān)聯(lián)位點(diǎn)22個(gè),獲得了MEF2B、RFXANK和CAMKMT等影響綿羊體重性狀的重要候選基因。肉牛行業(yè)上的基因組選擇所關(guān)注的性狀包括肉質(zhì)、飼料效率、生育能力、適應(yīng)性、甲烷排放、壽命等[29]。在巴西,80%以上的牛群是內(nèi)洛爾牛和其與瘤牛的雜交牛,Magalh?es等[30]利用5 000 頭內(nèi)洛爾牛的分型數(shù)據(jù)對(duì)肉質(zhì)性狀中的嫩度、大理石花紋、脂肪比例和肉色進(jìn)行遺傳力評(píng)價(jià),采用全基因組最佳線性無偏估計(jì)法、改進(jìn)貝葉斯法、貝葉斯π法3種不同方法進(jìn)行基因組預(yù)測(cè),并對(duì)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明脂肪含量的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度最低,而肉色和嫩度的準(zhǔn)確度最高。該研究報(bào)告的準(zhǔn)確性證明了在肉牛中對(duì)肉質(zhì)實(shí)施基因組選擇具有很強(qiáng)的可行性。隨著育種目標(biāo)的不斷變化,更多地強(qiáng)調(diào)綠色、健康、環(huán)境友好型的動(dòng)物生產(chǎn),全基因組選擇技術(shù)育種無疑能在種業(yè)創(chuàng)新中發(fā)揮更重要的作用。

3.3 基因編輯

基因編輯技術(shù)是指利用核酸內(nèi)切酶在基因組的靶位點(diǎn)特異性切割,使雙鏈DNA斷裂,在誘導(dǎo)修復(fù)過程中完成對(duì)目標(biāo)靶基因的堿基插入、缺失、替換等類型定向突變,進(jìn)而使生物體獲得新的性狀?；蚓庉嫾仁茄芯炕蚬δ芘c改造基因組的重要手段,也是農(nóng)作物重要性狀改良的重要手段。與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)相比,基因編輯技術(shù)具有靶特異性、效率高、精確性高、周期短等優(yōu)點(diǎn)[31]?；蚓庉嬙谧魑锓肿佑N方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),能夠?qū)刂谱魑飪?yōu)良性狀的基因進(jìn)行精準(zhǔn)、有效的篩選,大大減少育種時(shí)間和育種篩選過程。作為當(dāng)下最具潛力的育種技術(shù),基因編輯旨在最大程度地減少對(duì)作物基因組非預(yù)期的改變,通過對(duì)特定序列的編輯以及隨后的回交和篩選步驟使得改變僅限于靶位點(diǎn),而不會(huì)在基因組其他位置留下可遺傳的改變,最終其基因組序列與其親本的差異可能很小。自2012年以來,基因編輯技術(shù)已在水稻、小麥、大豆、玉米、棉花、油菜、大麥等主要作物品種培育方面取得了巨大進(jìn)展[32]。如運(yùn)用基因編輯技術(shù)對(duì)水稻淀粉合成過程中的關(guān)鍵調(diào)控酶基因SBEII進(jìn)行敲除,得到高直鏈淀粉和抗性淀粉含量分別提高25%和 9.8%的新品種[33];通過基因編輯技術(shù)在玉米ARGOS8基因上游非編碼區(qū)插入玉米GOS2啟動(dòng)子替代天然啟動(dòng)子,培育出抗旱性增強(qiáng)的新品種[34];利用基因編輯技術(shù)編輯氣味基因Badh2,使突變體谷粒中的香氣顯著增強(qiáng)[35];利用基因編輯技術(shù)編輯控制小麥粒長(zhǎng)、粒重和穗密度的調(diào)控基因,使得小麥的粒長(zhǎng)增長(zhǎng),粒重提高,植株變矮[36];利用基因編輯同時(shí)編輯棉花中的多個(gè)同源基因,改變棉花的農(nóng)藝性狀[37]等。從2000年至2018年基因編輯領(lǐng)域論文發(fā)表總數(shù)來看,我國(guó)在該領(lǐng)域的研究論文數(shù)呈指數(shù)型增長(zhǎng)[38],這說明基因編輯技術(shù)的研究與利用一直是我國(guó)科研人員關(guān)注的熱點(diǎn)。

3.4 合成生物學(xué)

合成生物學(xué)主要是以分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等傳統(tǒng)生物學(xué)為基礎(chǔ),結(jié)合多種組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)的手段,采用基因合成、編輯、網(wǎng)絡(luò)調(diào)控等新技術(shù),并利用工程學(xué)和計(jì)算機(jī)指導(dǎo)設(shè)計(jì)新的生命體或者改造現(xiàn)有生命體的一門綜合學(xué)科[39]。植物合成生物學(xué)是在植物基因工程和轉(zhuǎn)基因技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,利用核基因組和質(zhì)體遺傳,轉(zhuǎn)化多基因疊加系統(tǒng)甚至是整個(gè)遺傳通路[40]。合成生物學(xué)可以通過提高植物光合作用效率、減少氮磷肥的使用、抵御非生物脅迫來提高作物產(chǎn)量,如在C3植物中從頭構(gòu)建簡(jiǎn)化的α-羧酶體使植物產(chǎn)生部分固碳能力,讓C3植物具有和藍(lán)藻一樣的二氧化碳濃縮機(jī)制,實(shí)現(xiàn)高效率碳固定,增強(qiáng)光合碳同化作用[41];通過在營(yíng)養(yǎng)缺乏的作物中重構(gòu)或改變生物合成途徑使植物表達(dá)營(yíng)養(yǎng)素或微量元素,如利用玉米胚乳特異性雙向啟動(dòng)子(PZmBD1)、2A連接肽和4個(gè)花青素合成基因(ZmBz1、ZmBz2、ZmC1、ZmR2)及7個(gè)報(bào)告基因組成玉米多基因表達(dá)體系(MES),開發(fā)出胚和胚乳花青素富集的紫色玉米[42];通過構(gòu)建具有特定合成能力的細(xì)胞工廠,生產(chǎn)人類所需的淀粉、蛋白質(zhì)、油脂、糖、奶、肉等各類農(nóng)產(chǎn)品,如中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成[43]。合成生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,為高效固碳、品質(zhì)改良育種、合成食品等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)難題提供了革命性的解決方案。

4 我國(guó)的生物育種管理政策

《中華人民共和國(guó)生物安全法》(以下稱《生物安全法》)自2021年4月15日起施行,它是我國(guó)第一部生物安全領(lǐng)域的基礎(chǔ)框架法,確立了貫徹總體國(guó)家安全觀,統(tǒng)籌發(fā)展和安全,堅(jiān)持以人為本、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防、分類管理、協(xié)同配合的生物安全管理原則[44]。其中,第四章生物技術(shù)研究、開發(fā)與應(yīng)用安全與生物育種聯(lián)系最為緊密,規(guī)定了生物技術(shù)研究、開發(fā)與應(yīng)用活動(dòng)的范圍、管理制度、風(fēng)險(xiǎn)分類及各部門的協(xié)同分工。在我國(guó)從事的生物育種工作,都必須在《生物安全法》的管理框架下開展。除《生物安全法》之外,我國(guó)現(xiàn)有的生物育種技術(shù)管理法規(guī)還包括:國(guó)務(wù)院2001年頒布(2011年和2017年2次修訂)的《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例》,農(nóng)業(yè)部2002年頒布(2004年、2016年和2017年3次修訂)的《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評(píng)價(jià)管理辦法》、2002年頒布(2004年和2017年2次修訂)的《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)口安全管理辦法》、2002年頒布(2004年和2017年2次修訂)的《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物標(biāo)識(shí)管理辦法》和2006年頒布的《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物加工審批辦法》。為了做好農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的安全評(píng)價(jià)工作,我國(guó)還制定了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物(植物、動(dòng)物、動(dòng)物用微生物)安全評(píng)價(jià)指南》及各類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

隨著生物育種技術(shù)的日新月異,我國(guó)現(xiàn)行的管理政策也在與時(shí)俱進(jìn)。2021年11月12日,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布關(guān)于《農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關(guān)于修改〈農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評(píng)價(jià)管理辦法〉的決定(征求意見稿)》公開征求意見的通知和《農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關(guān)于修改部分種業(yè)規(guī)章的決定(征求意見稿)》公開征求意見的通知,針對(duì)《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評(píng)價(jià)管理辦法》《主要農(nóng)作物品種審定辦法》《農(nóng)作物種子生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)許可管理辦法》和《農(nóng)業(yè)植物品種命名規(guī)定》的部分內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)修改,以期更加契合生物育種產(chǎn)業(yè)的有序推進(jìn)。2022年1月21日,修訂后的4個(gè)規(guī)章予以公布,并于發(fā)布之日起實(shí)施[45]。除這些辦法和規(guī)定的修訂之外,我國(guó)也在抓緊研制新技術(shù)育種作物的安全評(píng)價(jià)指南。如針對(duì)基因編輯技術(shù)的管理,從2016年至2018年,有多位專家學(xué)者關(guān)注基因編輯技術(shù)的安全管理,并提出相應(yīng)的監(jiān)管原則[46-49]:參考國(guó)際通用的基因編輯作物類型劃分方法,根據(jù)是否插入外源基因、是否產(chǎn)生新的性狀及風(fēng)險(xiǎn),采取個(gè)案分析、分類管理的評(píng)價(jià)制度:第一,若插入外源基因,則按照現(xiàn)有轉(zhuǎn)基因安全管理?xiàng)l例、辦法、指南等進(jìn)行管理;第二,如沒有插入外源基因,則根據(jù)預(yù)期性狀和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理。2022年1月24日,《農(nóng)業(yè)用基因編輯植物安全評(píng)價(jià)指南(試行)》印發(fā),該指南的出臺(tái)進(jìn)一步為生物育種新技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)應(yīng)用和安全管理指明了方向,有利于促進(jìn)種業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展[50]。針對(duì)合成生物學(xué)技術(shù)的安全管理尚在討論中,目前還未有定論,相信隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,相應(yīng)的管理辦法也會(huì)隨之出臺(tái)。

5 意見建議

當(dāng)前,世界種業(yè)已進(jìn)入到“常規(guī)育種+生物技術(shù)+信息化”的育種4.0時(shí)代,這對(duì)于用種量居世界第一的中國(guó)而言,既是挑戰(zhàn),更是難得的發(fā)展機(jī)遇。要把握機(jī)遇,就要鼓勵(lì)原始創(chuàng)新,有序推進(jìn)生物育種產(chǎn)業(yè)化,構(gòu)建現(xiàn)代生物育種創(chuàng)新體系,強(qiáng)化種質(zhì)資源深度挖掘,突破前沿育種關(guān)鍵技術(shù),培育戰(zhàn)略性新品種,盡早實(shí)現(xiàn)種業(yè)科技的自立自強(qiáng)。

5.1 創(chuàng)新科技體制和科研管理方式

當(dāng)今,我國(guó)生物育種研究領(lǐng)域呈現(xiàn)“百花齊放,百家爭(zhēng)鳴”的態(tài)勢(shì),農(nóng)業(yè)高校和科研院所積累了優(yōu)秀的人才、技術(shù)、成果等資源,作為有序推進(jìn)生物育種產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的關(guān)鍵一環(huán),如何真正施展其優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)從科研到成果落地?zé)o縫銜接的終極目標(biāo),可從以下幾個(gè)方面做一些嘗試。一是優(yōu)化改進(jìn)科研考核機(jī)制。建立有效的人員績(jī)效與考核激勵(lì)制度,完善科研成果評(píng)價(jià)體系,實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的人才戰(zhàn)略,將考核的重點(diǎn)由文章轉(zhuǎn)向成果落地。二是加強(qiáng)數(shù)字平臺(tái)建設(shè)。建立農(nóng)業(yè)科研大數(shù)據(jù)信息庫(kù),搭建科研管理信息化平臺(tái),實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息發(fā)布與科技交流功能。發(fā)揮大數(shù)據(jù)效應(yīng),實(shí)現(xiàn)資源共享,加快生物育種產(chǎn)業(yè)化速度。三是學(xué)習(xí)國(guó)際先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)。許多發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于生物育種的管理方式已經(jīng)進(jìn)行了較為成功的嘗試,積累了豐富的研究成果,加強(qiáng)科研管理的國(guó)際交流與合作不僅能實(shí)現(xiàn)科研人員的共享,還將提升科研服務(wù)團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新能力,及時(shí)調(diào)整發(fā)展方略,適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展要求。四是持續(xù)加強(qiáng)種業(yè)科技研發(fā)投入。投入不夠容易使科研機(jī)構(gòu)或高校這些技術(shù)研發(fā)的重要力量動(dòng)力不足或心有余而力不足,從而阻礙生物技術(shù)創(chuàng)新的腳步,不利于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。加大投入更能集中優(yōu)勢(shì)資源、整合集體力量,提升創(chuàng)新的可能性。

5.2 專注新基因挖掘和新技術(shù)開發(fā)

2021年,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳發(fā)布《關(guān)于鼓勵(lì)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物原始創(chuàng)新和規(guī)范生物材料轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)讓轉(zhuǎn)育的通知》(以下簡(jiǎn)稱《通知》),鼓勵(lì)原始創(chuàng)新,支持高水平研究。支持從事新基因、新性狀、新技術(shù)、新產(chǎn)品等創(chuàng)新性強(qiáng)的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物研發(fā)活動(dòng)[51]。這為生物育種指明了方向,就是要額外注重新基因的挖掘和新技術(shù)的開發(fā)。我國(guó)研發(fā)主體的同質(zhì)化研究嚴(yán)重、創(chuàng)新能力不足,往往是扎堆研究、轉(zhuǎn)化國(guó)外已經(jīng)開發(fā)出來具有相應(yīng)性狀的基因,研發(fā)慢人一步。今后,應(yīng)當(dāng)利用全基因組技術(shù)、基因編輯技術(shù)等,加大對(duì)新基因的探索和挖掘,同時(shí)要注重新一代育種技術(shù)的開發(fā),如開發(fā)具有更小分子量的編輯蛋白、識(shí)別多種核苷酸類型的向?qū)NA等。

5.3 持續(xù)深化知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)

美國(guó)、歐盟各國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家極其重視科技領(lǐng)域的原始創(chuàng)新與知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù),并通過專利保護(hù)的全球布局,確保其在科技競(jìng)爭(zhēng)中的優(yōu)勢(shì)地位和全球經(jīng)濟(jì)中的壟斷地位。而我國(guó)生物育種缺乏原始創(chuàng)新,育種技術(shù)受制于國(guó)外的專利保護(hù),這成為制約我國(guó)生物育種產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。今后應(yīng)以新基因、新技術(shù)、新品種的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)為抓手,持續(xù)深化知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí),系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整體布局知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的全球化戰(zhàn)略,不斷完善知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制,加快構(gòu)建企業(yè)、高校、科研院所相互支撐、相互協(xié)同的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)聯(lián)盟,確保核心關(guān)鍵技術(shù)自主可控。

5.4 不斷穩(wěn)固企業(yè)主體地位

科研主體與市場(chǎng)主體進(jìn)一步整合,加快研究成果和專利產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化實(shí)踐應(yīng)用。2019年,科研院所和高等院校的專業(yè)專利申請(qǐng)數(shù)量比例為45.43%,高于種業(yè)企業(yè)7%;科研院所和高等院校獲得授權(quán)的專利數(shù)量比例為45.61%,高于種業(yè)企業(yè)6%,這與發(fā)達(dá)國(guó)家以種業(yè)企業(yè)為研發(fā)主體的育種體系存在明顯差異[52]。據(jù)世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織的數(shù)據(jù),美國(guó)擁有專利數(shù)量前十的機(jī)構(gòu)中有6家為跨國(guó)企業(yè),而我國(guó)擁有專利數(shù)量位列前十的機(jī)構(gòu)全部來自大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)[53]。造成這種現(xiàn)場(chǎng)的原因:一是國(guó)內(nèi)科研院所和高校申請(qǐng)專利的動(dòng)機(jī)主要是科研項(xiàng)目的成果驗(yàn)收、業(yè)績(jī)考核和報(bào)獎(jiǎng)評(píng)獎(jiǎng),對(duì)于專利是否轉(zhuǎn)化及其效益關(guān)注較少,專利保護(hù)范圍與權(quán)利要求與美國(guó)相比存在較大差距;二是多數(shù)國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)企業(yè)由于缺乏高強(qiáng)度的資金投入以及高水平研發(fā)人才團(tuán)隊(duì),導(dǎo)致其創(chuàng)新能力較弱,獲得的授權(quán)專利也較少?！锻ㄖ诽岢鲆鋵?shí)企業(yè)在農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物推廣應(yīng)用中的主體地位,支持企業(yè)組建創(chuàng)新聯(lián)合體,促進(jìn)創(chuàng)新資源互融互促。引導(dǎo)科研院所和高校的優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因研發(fā)成果按照市場(chǎng)機(jī)制向企業(yè)集聚。針對(duì)高校和科研機(jī)構(gòu),逐步將以理論研究為主的科研考核體系向理論研究與實(shí)踐應(yīng)用并重轉(zhuǎn)變,提升科研成果、專利轉(zhuǎn)化應(yīng)用在考核中的權(quán)重;針對(duì)市場(chǎng)主體,積極引導(dǎo)相關(guān)企業(yè)和高校、科研機(jī)構(gòu)組建生物育種聯(lián)盟,引導(dǎo)科研院所和高校側(cè)重源頭創(chuàng)新,以基礎(chǔ)研究為主,將科研成果的應(yīng)用與開發(fā)讓渡給企業(yè),集中優(yōu)勢(shì)力量開展關(guān)鍵核心技術(shù)、重要作物育種科研攻關(guān),推動(dòng)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)資源進(jìn)一步整合,形成合力強(qiáng)化我國(guó)種業(yè)創(chuàng)新。

5.5 穩(wěn)步提升政府監(jiān)管能力

有些生物育種技術(shù)的應(yīng)用還不夠成熟,育種結(jié)果不能精準(zhǔn)控制。如基因編輯存在的脫靶效應(yīng)會(huì)造成意外基因的點(diǎn)突變、缺失、插入、倒位和易位,還會(huì)造成染色體重排,導(dǎo)致功能基因失活,從而導(dǎo)致各種生理或信號(hào)異常,給宿主帶來嚴(yán)重問題[54]。這些風(fēng)險(xiǎn)限制了基因編輯技術(shù)生物育種在種業(yè)創(chuàng)新中的作用。此外,基因編輯技術(shù)直接在植物自身基因組上進(jìn)行定向突變,與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)不同,與植物自身的突變和理化誘變難以有效區(qū)分,因此如何檢測(cè)和監(jiān)管基因編輯作物成為新問題。這要求我們要進(jìn)一步提升檢測(cè)能力,在研發(fā)新品種的同時(shí)研發(fā)更先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù),減少生物育種帶來的非預(yù)期風(fēng)險(xiǎn),保障有效監(jiān)管。

5.6 加強(qiáng)對(duì)優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源的保護(hù)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)就是農(nóng)作物種質(zhì)資源,它是進(jìn)行新品種選育的基本條件儲(chǔ)備,關(guān)乎人類的生存和發(fā)展,具有一定的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。現(xiàn)階段我國(guó)農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)和利用情況還存在一些問題,如缺乏重視、投入不足、監(jiān)管不夠、共享率低等問題[55-56]。雖然我國(guó)已制定了《種子法》《農(nóng)作物種質(zhì)資源管理辦法》《野生植物保護(hù)條例》等一系列相關(guān)法律法規(guī)和規(guī)章制度,但總體上尚未形成完善統(tǒng)一的管理體系。美國(guó)是世界上保存植物種質(zhì)資源最多的國(guó)家,擁有較為完善的植物種質(zhì)資源保護(hù)體系,在種質(zhì)資源收集、鑒定評(píng)價(jià)、新基因發(fā)掘、種質(zhì)創(chuàng)新等方面均取得較大成就。截至2021年11月,美國(guó)的國(guó)家植物種質(zhì)資源系統(tǒng)(National Plant Germplasm System,NPGS)共保存了244個(gè)科2 559個(gè)屬16 286個(gè)種601 485份材料,居世界第一位(https://npgsweb.ars-grin.gov/)。今后可參考美國(guó)做法,完善相關(guān)法律法規(guī),健全相關(guān)管理機(jī)構(gòu),建立從考察、收集到鑒定評(píng)價(jià)的人才隊(duì)伍,加強(qiáng)種質(zhì)創(chuàng)新和種質(zhì)資源國(guó)際合作,逐步建設(shè)具有國(guó)際先進(jìn)水平的國(guó)家級(jí)生物資源系統(tǒng)[57-58]。

6 展望

今后,我國(guó)科研人員及研發(fā)機(jī)構(gòu)應(yīng)圍繞糧食安全和市場(chǎng)需求,針對(duì)水稻、小麥、大豆、玉米、馬鈴薯、油料、雜糧、果蔬等主要農(nóng)作物生產(chǎn)和市場(chǎng)需求特點(diǎn),大力推進(jìn)農(nóng)作物重大品種培育攻關(guān),將常規(guī)育種技術(shù)與現(xiàn)代生物育種技術(shù)相結(jié)合,以增強(qiáng)抗性、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)、資源高效利用等為主攻方向,從單一性狀向多性狀協(xié)調(diào)改良的方向發(fā)展,著力培育一批突破性農(nóng)作物新品種,并建立與之相適應(yīng)的種質(zhì)資源保護(hù)管理系統(tǒng)。生物育種對(duì)于種業(yè)科技創(chuàng)新來講是一把利劍,要利用好這個(gè)優(yōu)勢(shì)和發(fā)展機(jī)遇期,切實(shí)實(shí)現(xiàn)種業(yè)科技的自立自強(qiáng)。