转基因抗旱棉花专利布局分析

棉花作为重要的经济作物，是世界上最重要的天然纤维的来源。目前我国已是全球第一大棉花生产国和消费国。据统计，新疆作为种棉面积第一大的省区，占全国种植面积的30.4%，山东(15.6%)、河北(11.4%)、河南 (10.4%)等也占据了较大比重。然而近年来，随着全球温室效应的不断加剧，干旱问题日益突出，严重影响了作物的产量和品质。由于我国耕地有限、新疆缺水少雨的地理环境，因此发掘棉花抗旱能力的需求越来越迫切。

随着棉花基因组测序及重要性状基因分子标记的快速发展，从分子水平上揭示棉花对逆境胁迫信号传导及基因表达调控的分子机制，进而利用分子育种技术创制抗旱棉花新材料，有望大大加速棉花抗旱新品种的培育进程。近年来各种高通量技术应用于棉花抗旱耐盐碱研究，分离鉴定了大量的棉花抗旱耐盐碱相关基因，并将其导入棉花，获得了一些抗旱耐盐碱的棉花种质资源。本文中，笔者对该领域的技术进行专利检索和分析，以期为产业发展提供借鉴。

稳步增长后来居上

笔者对中国专利文摘数据库（CNABS）和德温特世界专利索引数据库（DWPI）进行了数据统计，截至2019年6月，共有转基因抗旱棉花相关专利427件。

据统计，2003年以前，全球申请量较少，随着技术的进步和发展，自2003年起，全球专利申请量开始增长，而国内专利申请量也持续稳步增长，从2008年起，国内申请量增速明显加快，2011年国内申请量超过国外申请量总和，此后连年保持全球申请量第一位，说明中国从棉花种植大国转型成为转基因棉花研发、专利保护大国。

2012年至2014年，棉花A组和D组基因组测序的完成，为棉花栽培品种陆地棉的全基因组测序奠定了很好的基础。2015年，完成了异源四倍体棉花品种陆地棉TM-1的全基因组测序及组装。棉花全基因组测序工作的完成，使棉花基因组重测序及关联分析成为可能，大大提高了研究人员对于棉花基因改造的关注度，并为相关技术的实施提供了巨大的便利，因此2012年以后国内外专利申请量都呈现迅猛增长的态势，先后出现了两个专利申请量的增长高峰期（2012年至2013年、2014年至2016年）。

美国孟山都公司（下称孟山都公司）在申请量上遥遥领先，占比13.33%，居全球首位。排名第2位的是中国的创世纪公司，申请量占8.18%；第三位是美国先锋国际良种，申请量占比6.97%；排名第四至六位的分别为中国科学院、中国农业科学院、山东大学，申请量比例分别为5.45%、5.15%、4.85%。

创世纪公司成立于1998年，总部坐落于中国深圳，是“农业部棉花生物学与遗传育种重点实验室”的依托单位。2009年至2010年期间，该公司研发的焦点是NAC转录因子和脱水素类似基因，2012年转向DREB1类转录因子和锌指蛋白的研发，期间申请了大量相关专利；2013年至2015年间仍然保持了较高的研发效能，重点转向bZIP类转录因子、PP2A、半胱氨酸蛋白酶、海藻糖合成酶等抗旱因子，并对前期研发的脱水素蛋白进行了后续改进。

技术创新百花齐放

目前有关转基因抗旱棉花相关专利申请主要集中于转录因子的开发和利用，此外也包括部分功能基因的遗传转化方法。笔者对转基因棉花专利按照基因类型进行归类后，对具体的技术分支内容进行以下概括性的介绍。

有关棉花DREB类转录因子的研究起步较早，早在1999年的专利申请CN1475497就公开了GhDREB在调控陆地棉抗逆性的转录因子及其编码基因与应用。

WRKY类转录因子的相关申请集中在2014年至2015年，孟山都公司于2014年分别在申请号为US9677049和US9686927的专利中公开了一种PHY333WRF和PX433906WRF转基因棉花植株，通过转入WRKY类转录因子增强了棉花抗旱能力；2015年，专利US9433174公开了一种12R251B2R2转基因棉花植株，通过转入WRKY类转录因子增强了棉花抗旱能力。

bZIP类转录因子是目前研究最多的转录因子基因之一，早在2009年，专利AU2010234125就公开了水稻中的DST转录因子在提高棉花抗旱性中的应用，2013年，专利申请CN104968787公开了一种棉花同源异型-亮氨酸拉链蛋白HDbZIP-1及其编码基因与应用。

NAC类转录因子参与干旱、高盐应答基因表达，在植物抗旱、高盐等非生物胁迫中发挥重要作用。2009年至2010年间，专利申请CN102080078、CN102399791、

CN102399790、CN102399789分别公开了棉花ghNAC1、ghNAC2、ghNAC3、ghNAC4转录因子基因及其应用；在2017年，专利申请CN106699858公开了GhNAC79及其在调控植物抗旱性中的应用。

除上述基因和转录因子外，有关其他功能基因如PK、NPC、MOSC、MYC等基因也有部分专利申请。2004年专利ES2418362公开了钼辅酶因子硫化酶在制备抗旱植物中的应用；随后中国研究者跟进该技术，于2012年通过专利申请CN105073993公开了一种棉花钼辅酶因子硫化酶MCSU-1及其编码基因与应用。

由于棉花基因组为多倍体，因此转基因技术一直占据主导地位。但是近年来其它基因编辑技术的发展也为研究者在棉花基因组改造方面提供了更加广阔的思路。2016年，专利申请CN106434654和CN106047881采用了RNA干扰技术，分别将与植物应对干旱胁迫相关的miRNA——ghr-miR01和ghr-miR17转入棉花当中，增强了其抗旱能力。

大胆研发小心实践

转基因植物在全球一直备受争议，早在2011年，抗麦草畏大豆专利MON87708曾在加拿大进行公众评议，以决定是否批准这个转基因作物，最终于2013年获得批准。

2015年，美国农业部宣布批准孟山都公司研发的新一代抗麦草畏抗草铵膦棉花，这意味着抗麦草畏、抗草铵膦、抗农达和抗虫四种复合性状的棉花产品即将商业化生产，随后公布了商业化种植的计划。

目前，我国只批准了转基因棉花和番木瓜商业化生产，没有批准转基因粮食作物商业化种植。我国虽然在科研方面起步较晚，但是政策仍然保持了与世界各国高度同步的水平， “大胆研发，小心实践”作为转基因作物普及的指导方针，在确保安全的情况下积极推动技术进步和产业发展。