让作物育种更精准高效（科技视点·种业科技自立

作者：杨超月

　　研发人员在舜丰生物研发平台上工作。舜丰生物供图

让作物育种更精准高效（科技视点·种业科技自立

　　舜丰生物培养的“高维生素C”生菜。舜丰生物供图

你见过维生素C含量能与猕猴桃媲美的生菜吗？在海南省崖州湾种子实验室里，“高维生素C”生菜长势喜人。这种通过基因编辑技术培育的生菜新品种，其维生素C含量与猕猴桃不相上下。

在植物细胞合成维生素C的过程中，有2个基因起着关键作用，即维生素C合成的限速酶。南方科技大学教授、中国农业科学院生物产业前沿技术创新中心主任朱健康带领科研团队，对生菜中这2个基因的上游表达调控元件进行精准编辑，使这些生菜的维生素C含量得到显著提高。

荣获2020年诺贝尔奖的基因编辑技术，被誉为21世纪生命科学的革命性突破，已在许多国家得到应用，在科研、农业、临床医学等领域显示出广阔前景。神奇的“基因剪刀”如何实现品种改良？我国在基因编辑育种方面能否后来居上？

找到能精准定位的“基因剪刀”

新型基因编辑工具的成功研制，有助于培育产量更高、质量更好的作物

基因是具有遗传效应的DNA（脱氧核糖核酸）片段，它能控制生物的性状，支持生命的基本构造和性能。生物的性状主要是由基因决定的，比如玉米的高矮、产量高低、能否抗倒伏等。

据朱健康介绍，基因编辑与传统育种技术最终的结果是相似的，即引入人类需要的遗传变异。按照传统的育种方法，改良一个品种可能需要几年甚至几十年的时间，这是因为传统育种技术创造的各种变异是随机的、不可控的。“拿杂交育种来说，要经过多代筛选，遇到一个真正需要的变异概率很小，这也正是育种周期长、难度大的原因之一。后来，科学家想方设法地来创造遗传变异，比如太空育种，就是利用太空特殊的环境诱变作用来使种子产生变异。”朱健康说。

基因编辑的出现，让更加精准的基因调控成为现实。“基因编辑是改变目标基因序列的技术，如同对文本进行修改一样，首先要把想要修改的地方找出来，然后使用工具，按照修改的意图，插入、删除部分‘词句’或者改写一段‘文字’。”朱健康解释说，基因编辑可以精准定位作物的特定基因，基因被“剪断”后，细胞就会修复断口并产生变异。利用基因编辑技术，改良作物的某个基因只需很短的时间，一次最多可以调控多达几十个基因。

朱健康告诉记者：“已有的研究表明，基因编辑技术可以精确、快速地生成作物改良所需的基因突变，帮助培育出产量更高、更有营养、更耐受极端天气、需要更少化肥和农药的作物。现在，基因编辑工具不仅可以用于去除或减弱不利于农艺性状的基因，还可以增强众多对农作物有益的基因。”

基因编辑过程中，找到自带“导航系统”、能精准定位的基因编辑工具至关重要。CRISPR/Cas9技术就是近年来备受关注的“基因剪刀”，它构成简单、编辑效率高且易操作，能对生物本身基因进行定向改造。“这项技术的应用非常广泛，并且在应用的过程中，这把‘剪刀’打磨得更加锋利了。”朱健康表示。

2018年，中国农业大学教授赖锦盛在噬菌体中发现了两个新型基因编辑工具CRISPR/Cas12i、CRISPR/Cas12j，与CRISPR/Cas9相比要小，在紧凑的蛋白质支架中保留了精确基因组编辑的关键功能，在植物基因编辑过程中具有较好应用前景。

此后，朱健康带领团队与之合作，共同进行后续开发。2019年，两个新型基因编辑工具申请原创专利；2020年，团队成功验证其在植物稳定转化体系中的编辑活性；2021年3月，两个新型基因编辑工具正式获得专利授权。

围绕产业开展科研

成功开发了20余种作物的基因编辑体系，开展了百余项产品的储备布局

位于济南的山东舜丰巴西vs瑞士让球有限公司的“快速育种植物工厂”里，经过基因编辑的作物琳琅满目：这里有高产水稻、矮化的抗倒伏高产玉米等主粮作物；有淀粉品质改良的玉米、水稻、马铃薯等特色专用种质；还有香味鲜食玉米、“高维生素C”生菜、高油酸大豆等高附加值新品种。

舜丰生物是国内第一个精准基因编辑工程化研发平台的运营主体。这家由朱健康团队领衔创建的高新技术企业，对两个新型基因编辑工具进行挖掘和深度优化，围绕基因编辑卡脖子技术、共性关键技术进行了系统的专利布局，已申请专利130余项，其中PCT专利26项，已获得17项专利授权。目前，舜丰生物已成功开发了20余种作物的基因编辑体系，开展了百余项产品的储备布局。