神奇“剪刀” 改良农作物育种

当前，具有敲掉病害基因并补上高产基因等优点的农业用基因编辑技术备受世界各国重视，其凭借较强的改良育种能力被誉为神奇“剪刀”。为规范农业用基因编辑植物安全评价工作，农业农村部前不久发布了《农业用基因编辑植物安全评价指南（试行）》（下称《指南》），对不引入外源基因的基因编辑植物的安全评价申报程序等进行规范。

如何打好种业翻身仗，培育出高产、优质、抗病的农作物品种，是摆在科研人员面前的一道课题。业内人士表示，相关政策的出台和落地，将助力我国农作物植物方面的技术创新，同时也有助于农业用基因编辑植物向商业化迈进。

政策落地助研发

人们在提到农业用基因编辑技术时，往往会想到转基因技术，那么这两者有何区别？基因编辑技术的优势又在哪里呢？

就这些疑问，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（下称中国农科院基因组所）研究员张春芝给出了答案。“农业用基因编辑技术是在生物自身基因组上进行改造，通过定向敲除或增加替换DNA序列，使生物体获得新的性状；而转基因技术则是引入其它个体或其它物种的外源DNA序列。与转基因技术相比，农业用基因编辑可以准确快速创造优良变异，而且不含有外源的DNA序列，是重要的新型育种技术。”张春芝介绍，如今，《指南》合理简化了未引入外源基因的基因编辑产品监管体系，有助于加快新型育种技术的发展。

“《指南》的政策措施非常好，将对植物品种审定、实现产业化等产生积极影响。”中国科学院遗传与发育生物学研究所（下称中科院遗传发育所）研究员谢旗表示，此前，美国、加拿大、日本等国也推出了类似的政策，并将农业用基因编辑技术应用于苹果、土豆、蘑菇等农作物上，培育出了许多优良品种。如今，我国相关《指南》的出台，为基因编辑的研究人员吃下了“定心丸”，使他们放开手脚，大胆探索。

技术改良育新种

得益于国家政策的支持，基因编辑技术在农业育种中得到了广泛的应用。中科院遗传发育所谢旗团队多年来致力于高粱新品种的培育，已拥有中科甜438、中科甜968等6个国家登记品种，并在我国新疆、宁夏、甘肃等地实现了50万亩的推广种植。如今，该团队研发的农业用基因编辑技术实现突破，形成了最新的研发成果——新型香高粱，已提交“Tannin1基因及其参与合成的次级代谢产物在抗雀科鸟类危害上的应用”“创制香味高粱的方法及其所用生物材料”等多件专利申请。

谢旗表示，团队采用农业用基因编辑技术，在高粱中首次敲除了一种酶的基因，不仅高粱米清香四溢，就连茎叶都有香味，可以作为草食性动物的营养饲料。此外，团队通过喂食实验发现：相比于野生型高粱，添加新型香高粱植株干粉的饲料对兔子更具吸引力，兔子的采食量显著提高，更健康且生长速度更快。

“一方水土养一方人，一方原粮酿一壶好酒。”考虑到高粱是酿制白酒的绝佳原料，谢旗团队与中国科学院微生物研究所合作，尝试用新型香高粱酿酒，改善风味提高品质。“《指南》的出台加速了我国农业用基因编辑品种审定工作，为新品种相关产品产业化带来了革命性的变化。我们正按照《指南》要求准备相关文件及科学数据，争取早日拿到品种审定证书。”谢旗表示，下一步，团队将持续研发，增强知识产权布局能力，让高粱在膳食纤维食品、酿酒、酿醋、饲草动物饲料等产业发挥更大作用。

“敲除”病害增品质

马铃薯是老百姓日常生活中的常见食材，主要依靠薯块无性繁殖，易携带病虫害，储运成本较高。为解决这个问题，中国农科院基因组所牵头组建团队，应用基因组设计理论和方法体系培育出了杂交马铃薯，使得马铃薯“一代更比一代强”。

“通过基因组研究，我们弄清了有害突变的分布特征，提出了鉴定和淘汰有害突变的方法论，成功解决了这一难题。”团队成员赵婀姿表示，目前，团队围绕相关技术提交了“一种马铃薯杂交育种亲本的选择方法”等发明专利申请，构建了基因组设计育种体系。

“原先种一亩地需要200公斤种薯，现在一亩地只需要2克马铃薯种子。而且种子基本不携带病虫害，既降低了成本又提高了产量，品质也更好了。”赵婀姿介绍，目前，“优薯1号”已在试验田进行了试种，结果显示，其肉质金黄，口感软糯，产量接近每亩3吨。

“除了通过农业用基因组设计育种技术培育杂交马铃薯，我们还将基因组育种技术应用到了黄瓜、番茄等果蔬上。”赵婀姿介绍，在“黄瓜基因组和重要农艺性状基因研究”项目中，团队成功“解锁”了黄瓜中苦味的来源，实现了对苦味物质的精准调控，让黄瓜变“甜瓜”。该项目成果获得2018年度国家自然科学奖二等奖。在“美味番茄”项目上，团队破解了调控番茄风味和外形等性状的遗传机制，培育了“深爱1号”和“深爱2号”番茄品种，申请了番茄植物新品种权，获得2020年度农科院科学技术成果奖。

“有了《指南》，我们开展研发工作就有了‘抓手’。未来团队将继续开发更精准的算法，鉴定影响自交系长势、产量的有害突变，并通过先进的育种技术去淘汰这些突变。”张春芝表示，团队还将在功能基因、拓展应用等领域进行专利布局，开创新的育种方法，促进成果转化落地。

如今，以农业用基因编辑为代表的生物育种技术作为农业核心技术之一，已逐渐成为国际育种领域专家进行攻关突破的前沿。基因编辑将使农作物育种进入“精准调控时代”，对打好种业翻身仗，保障国家粮食安全具有重要意义。