本文是《基因行业蓝皮书2024》（）的连载第六篇，一览基因手艺若何赋能农业生物育种。更多详情欢送等候将来的《生物育种蓝皮书》。初次筹谋的中、英双语的《基因行业蓝皮书2025》启动中，欢送企业/园区/学汇合做及赞帮结合发布。（原文完稿于2024年7月，发布于2024年9月公开辟布的《基因行业蓝皮书（2024-2025）》，略有改动。仅做为研究参考。）按照结合国2023年发布的《世界粮食平安和养分情况演讲》，2022年全球饥饿生齿约7。35亿人，比2019年添加1。22亿人，跨越31亿人的食物平安面对挑和。按照结合国粮食及农业组织（FAO）的演讲，到2050年，粮食产量必需添加70%才能满脚全球届时总共约90亿余人的需求；而正在成长中国度，80%的粮食产量增加未来自种植效率的提高。2015年以来，我国粮食出产不变正在 6。5 亿吨以上的程度，人均粮食拥有量超出跨越国际粮食平安尺度线。但我国粮食消费取出产间存正在较大差距，2023年进口粮食1。6亿吨，此中大豆进口占粮食总进口量六成；正在2022/23营销年度，我国进口了67，000吨的种植种子，价值4。78亿美元，此中，蔬菜和草籽是进口最多的两类种子，合计占 2022/23 年进口额的 56%和进口量的79%。
我国用 8%的耕地养活了世界 19%的生齿，人均耕地面积不脚世界平均程度的 40%。正在耕地无限的现状根本上，粮食产量的提拔依赖于种业立异。近五年来，种业立异获得政策的鼎力支撑。2021 年，地方全面深化委员会审议通过《种业复兴步履方案》，强调要把种源平安提拔到关系的计谋高度；“十四五”提出有序推进生物育种财产化使用；2022 年，地方一号文件提出启动农业生物育种严沉项目；党的二十大演讲明白要全方位夯实粮食平安根底。2024年，农业农村部结合多部委印发《国度南繁硅谷扶植规划（2023—2030年）》，国务院印发《新一轮千亿斤粮食产能提拔步履方案（2024—2030年）》。生物育种是操纵遗传学、生物学、现代生物工程手艺等对做物进行定向改良和品种培育。按照手艺历程，生物育种包罗保守育种（“育种1。0”）、杂交育种（“育种2。0”）、标识表记标帜辅帮育种（“育种3。0”）和设想育种（“育种4。0”）。保守育种侧沉表型选择，现正在育种侧沉基因选择和，并调集数字手艺和大数据，来赋能保守育种，能够将育种周期缩短近50%。
我国的生物育种监管履历了三个阶段，从1980年前后的杂交育种和标识表记标帜的财产化，2009年转基因做物获批到2022年农业基因编纂品种核定。目前，我国水稻育种手艺处于全世界领先程度，包罗矮化育种、三系杂交水稻、两系杂交水稻等手艺和品种鞭策了水稻产量的提高。出格地，基因编纂正在我国近年获得较大手艺冲破及品种认定。2023年，高油酸大豆做为首个动物获得农业农村部的农业基因编纂平安证书；2024年，玉米和小麦做为从粮初次获得动物基因编纂平安证书。此中，对于基因编纂的矮杆玉米，株高降低约25%，穗位可降低约40%，茎秆更粗壮，抗风能力加强，更耐密植，最高可实现减产10%。
多年生做物是我国近年的育种冲破。云南大学胡凤益传授团队通过非洲长雄野生稻取亚洲栽培稻跨种远缘杂交，培育具有多年素性状的“多年生稻23”于2018年通过品种核定，成为全球第一个贸易化出产使用的多年生做物品种，一年两季亩产量跨越 1000 公斤。通过“一次栽种，多次收割”，每年每亩能固定二氧化碳 20 公斤，正在华大智制、华大的手艺支撑当下，正在广东、云南、贵州等多个地域进行推广。四川农业大学玉米研究所唐祈林团队，通过对玉米、多年生大刍草和摩擦禾3个的基因组聚合，选育出来多年生玉米饲用品种，部门品种通过了国度核定，正在西南山地曾经种植跨越10万亩。农业农村部办公厅印发《关于搀扶国度种业阵型企业成长的通知》，从全国3万余家种业企业中遴选出270家阵型企业，包罗69家国度农功课阵型企业，86家国六畜禽种业阵型企业和121家企业为国度水产种业阵型企业。2022年，农功课企业研发总投入达65亿元，比2020年提高17%，将来5-10年，我国生物育种财产化将进入快车道。出格是全基因组选择手艺的深切使用、基因编纂的品种认定，以及贸易化育种系统的完美。
2017 年，美国农业部农业研究办事署发布了国度打算《动物遗传资本、基因组学和遗传改良步履打算 2018-2022》，焦点使命是通过生物手艺来帮帮美国农业转型，包罗做物遗传改良（特定性状基因判定及标识表记标帜等）、遗传资本和消息办理以及做为取及微生物的互做机制研究，并于2020 年成立了 6 个的育种打算（蓝莓、鲜食葡萄、红薯、苜蓿、 虹鳟鱼和大西洋鲑鱼）。2021年，欧盟委员会发布了关于新兴生物手艺的研究演讲，2023 年 3 月，英国通过了新的“基因手艺(精准育种)法案”，正式了基因编纂手艺的贸易化育种使用大门。
从手艺上，保守的杂交育种对经验依赖性强，需要大规模的田间形态学筛选，周期长（培育一个成熟的新品种往往需要8-10年）。基于基因科技等生物育种，赋能育种的精准化、数字化和智能化。手艺线年）、标识表记标帜辅帮选择（Marker Assisted Selection，MAS）和全基因组选择（Genome Selection， GS）（2001年）、基因编纂（2012年）、合成生物(2022 年)等。
目前，基因编纂育种使用初步准入，合成生物育种还正在手艺阶段。全基因组选择是较为成熟的手艺，从晚期的低密度 SNP 芯片、高密度 SNP 芯片成长到高通量测序。全基因组选择的焦点是育种方案设想、大数据建模和表型的精确性选择。近年来，跟着卫星遥感、5G、物联网、云计较、人工智能等数字手艺的成熟，将生物手艺、数字手艺及大数据使用于育种，被称之为“育种4。0”，即智能设想育种。2024年3月，中国农业科学院取阿里巴巴达摩院结合发布了面向育种数据处置全流程的聪慧育种平台。大模子大算力优化加快、人工智能算法预测亲本及优秀品种的育种全流程整合。海南三亚崖州湾科技城，成立了国度南繁做物表型研究设备和大数据核心，配备高通量动物表型平台，将做物海量育种数据取先辈大数据算法连系。目前，相对抢手的基因编纂东西是多个专利组合，部门存正在必然胶葛。以出名的CRISPR/Cas9为例，专利取得的体例包罗Broad研究所非全权体例授权（费用相对低），以及头部机构授权。这方面需要进一步加大手艺研发以及学问产权的和操纵。种业存正在较高手艺壁垒、市场准入和政策壁垒。陪伴国际款式、市场需乞降新兴生物手艺的成长，种业目前正进入新一轮的成长快车道和财产融合中。正在全球种业履历了多次并购海潮，目前种业构成大型跨国公司寡头垄断市场的款式，头部机构具有从研发到发卖的完整财产链，中小企业次要做为手艺办事方。
全球前列的种业公司包罗：拜耳（收购孟山都），科迪华（陶氏化学并购后分拆），中国化工（收购先正达）和巴斯夫（收购拜耳的蔬菜种子营业）等。此中，科迪华正在2023年全年种子发卖额为94。72亿美元（同比增加6%），息税折旧摊销前利润（EBITDA）为21。17亿美元（同比增加28%）。中国化工集团旗下的中国种子集团无限公司（中种集团）2023年正在国内的种业营收为52亿元人平易近币，新品种营收占比20%，四大做物（水稻/小麦/玉米/大豆）市场拥有率约为11%。先正告竣立了1000万美元的基因编纂立异基金支撑草创企业，取Harpe、慕恩生物、Tropic、Pairwise等合做挖掘新型杀虫、抗虫基因，开辟新型生物除草剂；巴斯夫聚焦开辟操纵益生菌的微生物制剂，激勾当物本身免疫系统加强抗性，例如防治多种做物病害的微生物成品Serifel®贝莱斯芽孢杆菌，用于豆科做物高效固氮的无益共生菌Nodulator®型根瘤菌等。正在生物育种手艺立异范畴，可关心的企业标的包罗隆平高科，大败农，先正达，垦丰种业，华智生物，舜丰生物，博瑞迪生物，未米生物，艾迪晶生物，双绿源，齐禾生科，Benson Hill、GreenLight Biosciences、Inari、Tropic Biosciences、Hendrix Genetics等。微生物制剂方面，能够关心领先生物、坤禾生物、慕恩生物、丽豪生物和耕天劣等企业。以下列举代表企业的简介。
我国育种财产起步较晚，和国际先辈程度还有必然差距，焦点的问题是，存正在种子同质化严沉、种业市场集中度不高，育种研发取存正在脱节、保守巨头垄断等问题，使得目前育种的新兴手艺市场壁垒极高，以科研市场为从。但近年正在基因测序、基因编纂等手艺的赋能下快速成长。正在头部机构垄断的寡头市场，高质量的原料及贸易化具有较大出产空间；正在基因编纂种质、基于合成生物的除草剂、新型土壤改良剂等新兴产物及配套市场，产物出产仍然是蓝海。有一点特殊的是，对于从粮以及主要饲草、经济做物等关系粮食平安和生物平安的做物，出产、畅通、发卖等环节的资本往往集中正在头部机构。从政策端，进一步支撑生物育种手艺，激励第三方育种手艺办事方参取严沉平台，协同打制有合作力的生物育种财产链；正在新《种子法》的施行根本上加大学问产权的；支撑科普提高生物育种的认知和接管度。从财产端，包罗小麦、玉米、大豆等做物的基因编纂平安证书将连续发放，将鞭策育种贸易系统完美，正在抗虫、耐除草剂等之外研发更多新型性状。基因慧估计这将吸引种业公司进一步并购，推进育繁推一体化。从手艺端，结合生物手艺以及育种科研机构，建立现正在育种的立异闭环，包罗：种质资本的规模化表型判定及全基因组基因型判定，精细定位和克隆主要性状的环节基因，基因编纂等底层环节手艺的研发，使用于微生物菌剂、除草剂以及土壤改良的合成生物相关手艺，调集人工智能等数字手艺及大数据的生物计较将逐渐成熟，使用于生物育种的全流程。感激黄荷凤院士、卢光琇传授对蓝皮书做序保举。感激星云基因、华大智制、赛福基因、鹍远生物对《基因行业蓝皮书（2024-2025）》的鼎力支撑，使得蓝皮书公开免费发布和。《基因行业蓝皮书》由基因慧结合合做伙伴向免费、公开辟布电子版及纸质版，均未对外发卖或授权任何第三方发卖。
