转基因研发竞跑,中国不能掉队
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转基因研发竞跑,中国不能掉队

时间:2016-05-03 14:38:31  来源:科技日报  作者:付丽丽 

  无论转基因面临多少挑战,遭受多少质疑,在中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员朱桢看来,“转基因技术仍是育种的主流技术手段。转基因的前沿基础研究,对多学科发展起到牵动作用。通过重大专项的实施,承担单位的育种能力逐渐提高,中上游结合更加紧密。” 在日前召开的“农业前沿生物技术前瞻”圆桌会议上,转基因成为专家们绕不过的热议话题。

  虽然产业化滞后,但与会专家形成一致共识的是:我国在转基因研发方面已从“跟跑”到“并跑”甚至部分“领跑”,在世界各国以转基因为核心的生物技术竞技中,中国必须积极参与并引领其发展。

  “在这种情况下,系统分析我国转基因技术的研发能力,规划制定发展战略,有利于促进我国转基因生物产业健康可持续发展。”中国工程院院士万建民表示。

  全球转基因技术研发创新竞争加剧

  “转基因技术是指利用基因重组技术,将人工分离或修饰的功能基因导入生物体,从而使其在抗病虫、抗逆、营养和品质等方面满足农业生产和人类消费需求的一种技术。” 5月1日,中国农业科学院生物技术研究所研究员林敏在接受科技日报记者专访时说,理论上讲,转基因与传统育种技术是一样的,只是速度更快、效率更高。

  转基因技术在农业上的应用经历了技术成熟期和产业发展期,目前已进入以抢占技术制高点与培育现代农业生物产业新增长点为目标的战略机遇期。

  林敏介绍,当前全球转基因技术研发呈现新的态势。一是研究领域不断拓展。研究种类由最初非食用的烟草、林木、棉花到直接食用的水稻、蔬菜、水果等;目标性状从单一的抗虫、耐除草剂向抗旱、养分高效利用等方向拓展;含有复合功能基因、改善营养、增进健康的新一代转基因作物的研发明显提速,成为竞争的新热点。美国新推出的转基因玉米,聚合了8种新型基因,能够兼抗地上地下6种害虫并耐2种除草剂。二是转基因技术更加准确高效。新一代基因转化技术实现了定点整合、无选择标记和外源基因删除,转化过程更为精准可靠;突破了基因型限制和多基因聚合的技术难题,实现了标准化、规模化、工厂化操作,大大提高了转化效率。三是研发投入大幅度提升。巴西、阿根廷、印度等发展中国家对转基因作物研发投入成倍增加,势头强劲。世界前三强种业公司(孟山都、杜邦—先锋、先正达)年研发投入均超过10亿美元,占销售收入的10%左右。

  “转基因是育种的核心技术,目前仍是产业竞争焦点,中国不能中途掉队。”林敏说。

  转基因水稻研究,我国居国际领先地位

  就转基因技术而言,我国的态度是一贯的,即要加强农业转基因技术的研发,抢占技术制高点。从近10年来中央一号文件有7次提到转基因,便可见一斑。

  事实上,自上世纪80年代初期,“863”、“973”等国家科技计划都将转基因技术研发与安全性评价研究作为重大项目予以支持,2008年国家启动实施了“转基因生物新品种培育重大专项”,将转基因技术上升至国家战略。

  “正是由于国家的支持,特别是重大专项的实施,我国在转基因研发方面取得了一批标志性成果,逐渐缩短了与国际的差距。”中国工程院院士尹伟伦说。

  尹伟伦介绍,我国是世界上继美国之后,第二个拥有自主研制抗虫棉的国家,国产抗虫棉市场份额由最初的5%,上升到目前的95%,抗虫棉品种的应用减少杀虫剂用量70%—80%。此外,新型抗虫转基因水稻抗螟虫效果达95%以上,比对照增产5%以上;抗虫转基因玉米高抗玉米螟,比对照增产5%—8%等等。

  “尤为值得一提的是,2013年—2015年,以水稻为材料的生物技术领域,发表在《自然》《科学》杂志的论文,67%都是由中国科学家在本土独立完成的,研究水平居国际领先地位。”尹伟伦强调。

  此外,我国目前在牛和山羊等主要家畜上的克隆效率居国际同一水平;我国科学家独立完成了籼稻的全基因组测序,成为少数几个能独立完成作物测序工作的国家之一。

  林敏也认为,对于转基因技术的理论基础研究,特别是农业生物组学方面,中国与美国已成为目前最强的两个国家。据有关报道,2013年中国发表转基因SCI论文数量为432篇,比美国少71篇;2014年中国达到447篇,与美国仅相差9篇。

  拥有自主知识产权的可用基因是关键

  “尽管基础研究成绩斐然,但不容否认,与国际先进水平相比,我国转基因技术研发水平的差距依然很大,整体研发力量依然薄弱,原始创新能力亟待提升。特别是在转基因核心技术方面,依然是受制于人,需要进一步提升。”林敏说。

  林敏表示,迄今为止,我国的基因克隆研究源头创新能力不足,现有基因也难以满足我国农业发展的现实需求。比如说,目前还没有获得有应用价值和自主知识产权的抗旱耐盐等功能基因;高产优质基因方面,在营养高效、高光效、代谢调控、耐贮藏、特殊成分积累等基因研究方面与国际水平相比存在很大差距,转基因研究所涉及的基因及其表达调控元件主要来自国外等等。

  一个基因可以发展一个产业。美国、日本和澳大利亚等发达国家拥有全球71%以上的水稻基因专利,90%以上的玉米基因专利,80%以上的小麦基因和75%以上的棉花基因的专利,中国基因专利数不足美国的十分之一。

  “我们克隆的基因绝大多数属于是有专利的无价值,有价值的没有专利,缺乏拥有自主知识产权的可用基因是我国农业生物技术产业发展的关键制约瓶颈。”再就是一些关键技术创新,如大规模筛选、高通量鉴定和高水平表达技术方面,我国大大落后于发达国家。

  “我国农业‘短板’就是缺乏核心关键技术,对这些基础的原始创新,希望国家能够持续稳定的支持。”林敏呼吁。

  转基因产品 不只是农作物

  曾几何时,转基因似乎成了农产品的代名词,提起转基因,人们就会想到水稻、小麦、玉米等等。

  “事实上,转基因技术在工业、医药、环境等领域的应用更早,作用也越来越突出。”林敏说,上世纪90年代,微生物基因工程技术发展迅速,即采用以重组DNA技术为核心的现代生物技术对微生物进行遗传改良,构建高效工程菌,在工业、医药和能源领广泛应用。

  在工业方面,经过改造的工程菌主要用于生产食品酶制剂、添加剂和洗涤的酶制剂等产品。比如,我们天天食用的味精、酸奶、啤酒等都会用到转基因技术。林敏介绍,味精是微生物代谢过程中产生的代谢物,一般来讲,这些代谢物的产量很少,这样在其生产过程中就会用到转基因工程菌,对微生物加以改造,使其产量增加。酸奶、啤酒也是这样,其生产过程需要添加酶的处理,而这些蛋白酶大多是通过转基因微生物发酵生产的。

  “尤其是近几年,新一代转基因作物不断涌现,像蘑菇、苹果、马铃薯改良品种、转基因鱼等等。”中国农业科学院生物技术研究所研究员黄大昉说,转基因产品不再是以前所说的大豆、玉米、棉花等作物,已经出现了水果、蔬菜甚至是很多其他的一些作物。

  中国科学院院士桂建芳指出,目前,人们实现了对鱼类单个碱基的编辑、修饰,改变某个基因编码,造成功能蛋白发生变化,而不破坏其他成分。近几年,其研究团队对鲤鱼、草鱼的全基因组解析,对控制性状,以及控制生殖、生长、抗病的功能基因有了全新的认识,这对实现精确调控意义重大。

  未来转基因技术依然大有可为

  近年来,以生物组学、新一代育种技术如基因组编辑技术、合成生物技术等为代表的前沿生物技术发展迅速,并广泛应用于农业领域,为解决全球性粮食、环境、健康、能源问题提供了不可替代的技术支撑作用。“但这并不是说转基因技术就不重要了,它作为其中的一个过程,依然不可替代。”林敏说。

  对此,中国农业大学罗云波教授表示,转基因技术在相当长的一段历史时间内还是一个非常重要的技术,即便是现在被认为前沿的基因编辑技术,也是转基因技术的一种延伸和扩展。

  在转基因技术应用20年后,科学界对一种叫做“基因组或基因编辑”的新生物技术的潜力充满期盼。其中被命名为CRISPR(成簇的规律间隔短回文重复序列)的技术被认为最具前途,其可以在预先确定的位置切割DNA,并精确地插入突变或者在基因组的最佳位置改变单核苷酸,从而使表达最大化。“其‘真正力量’在于能够编辑和更改单个和多个植物自身基因(而非转基因)的能力,对重要的性状如抗旱性进行编码,产生有用的非转基因的改良作物。”有专家称。

  尹伟伦认为,当前,转基因测序、调控仍处于盲目的基因克隆、转导阶段,精准基因技术远没有实现,只能是大量地转再从中筛选。转基因如何准确地切入,怎样实现性状的准确调控,并最终服务于农业生产和人类生活的需求,值得进一步深入探索。

  “未来,不再是过去那样对单基因的转移,而是要发展合成生物技术,为光合作用(高产)、生物固氮(节肥、稳产、增效)、生物抗逆(节水耐旱、耐盐碱等)和生物质转化等世界性农业难题提供解决方案。合成生物技术在农业中应用,有望克服全球资源短缺和极端气候变化等农业发展的‘瓶颈’,突破性提高对光、肥、水的利用率,将开创人类按照自身需求设计农业生物、创制新型高效智能人工品种的新纪元。”林敏说。

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