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报告解读丨未来种业“扛把子”——从中国分子育种看农业科技创新之路

时间:2023-12-18作者:华大智造阅读数:1147分享

《2023年中国农业分子育种行业发展白皮书》在《2022年中国农业分子育种行业发展白皮书》基础上,更加详尽梳理中国当前种业的发展历程,挖掘在产业发展大环境下,中国如何通过战略布局推动分子育种快速发展。



新技术驱动着21世纪的车轮滚滚向前,农业领域亦是。


从田间巷陌到重点政策,作为农业发展的芯片,种源已经成为创新底座。生物育种则是现代农业发展的驱动力,也是保障国家粮食安全的战略性、基础性核心产业。


当前,分子标记辅助选择、转基因、基因编辑、合成生物学以及智慧育种等生物育种技术已成为全球各国抢占科技制高点和争抢农业国际竞争力的战略重点,以信息技术为代表的新一轮科技革命和产业变革正在孕育发展,加大关键核心技术攻关,加快农业信息技术应用发展迫在眉睫。


中国作为世界第二大种子需求国,种业发展正处于一个重要的历史机遇期与挑战期。继2022年后,2023年中央一号文再次提出:全面实施生物育种重大项目,加快培育高产高油大豆、短生育期油菜、耐盐碱作物等新品种。加快玉米大豆生物育种产业化步伐,有序扩大试点范围,规范种植管理。


亿欧智库:2023年中央一号文件明确全面推进乡村振兴工作


来源:中国政府网


2023年中央一号文件首次提出加快生物育种商业化步伐,重视生物育种带来的产业变革,其关于“加快生物育种商业化步伐”的定调既符合粮食安全的大局观,也符合国内种业振兴的内在需要。同时,2023年一号文要求进一步巩固粮食安全,扎实从事农业技术服务类企业有望充分获益乡村振兴浪潮。此外,在党的二十大报告和中央农村工作会议提出要“全面推进乡村振兴、加快建设农业强国”的基础上,中央一号文件给出了建设农业强国的基本内涵。2023 年 4 月,中国首个大豆基因编辑安全证书获批;同时,农业农村部发布《农业用基因编辑植物评审细则(试行)》,进一步明确基因编辑植物的分类标准和评审细则。以上均标志着中国分子育种产业化应用步入快车道。


12月15日,华大智造联合亿欧智库共同发布《2023年中国农业分子育种行业发展白皮书》(以下简称“白皮书”),本次发布旨在让更多产业从业者了解中国分子育种发展现状与发展机遇,共同参与推进中国分子育种产业发展。


在农业生物育种领域,华大智造致力于为科学家和育种工作者提供高通量、低成本、稳定性的农业基因组学应用产品,通过成本可控的分子育种工具,广覆盖生物育种的产学研需求,提高育种效率,助力农业产业提升。


在本年度白皮书中,我们坚定地认为“种源是农业发展的芯片”,为更好地发展优质种源,需要进一步加强生物育种技术的应用与推广。2023年度,我们看到无论是政策方面,还是产业变革方面,都提示分子育种领域正在朝着逐步谨慎放开的方向发展。我们相信,在产业链各方的助推下,分子育种技术产业应用将迎来快速发展。


《2023年中国农业分子育种行业发展白皮书》在2022年首发版的基础上,进一步梳理中国种业发展历程、技术现况、国内外技术及应用发展、面临困境以及战略布局等方向,期望为从业者提供一幅相对完整的产业发展地图。


我们把白皮书核心观点进行提炼,具体如下:


1、 中国育种处于杂交育种(2.0版)与分子育种(3.0版)结合过渡的阶段,中国分子育种底层科研技术水平与已步入智慧育种4.0阶段的发达国家差距不大。

2、 政策监管在分子育种产业化应用过程中发挥关键作用,当前中国生物育种监管政策与模式处于谨慎放开的状态,落地政策细节需要进一步完善。

3、 尽管中国种质资源库丰富程度处于国际领先水平,但精准鉴定技术的发展相对滞后,种质资源的精准鉴定仍然面临挑战。

4、 分子育种快速发展需要产业链各方紧密配合,并深化科研院所与种企之间的协作,形成分工明确的技术研发与产业化体系。

5、 进一步加强企业与科研院所间的研发合作,通过共建技术平台、筹建联合育种研发平台等方式,降低研发风险,完善育繁推一体化建设,提升企业自助创新能力。

6、 分子育种产业内缺乏技术端和产业端贯通的人才,当前产业无法在技术端和生产端之间做很好的衔接;因此,智能分子育种需要大量复合型人才,共同推动产业进步。

7、 知识产权保护对分子育种产业发展起到举足轻重的作用,中国分子育种知识产权体系处在建设及完善阶段,需要进一步完善相关法律法规,为企业营造出良好的竞争环境。

8、 推动中国农业科技创新与产业发展,要将分子育种技术与农业数字化相融合,通过数字化转型推进智慧三农发展,让分子育种成为乡村振兴、农业发展、农村稳定、农民增收的重要一环。



白皮书内容摘要

01 中国育种行业迎来再次发展


政策驱动下的育种行业:

育种是农业发展的基础支撑


种源位于农业产业链上游,是农业科技进步的最重要载体。种业技术的创新,带动着耕作栽培、植物保护、农业工程、农业环保、农产品加工等领域的发展。推进种业高质量发展、打赢种业“翻身仗”是实现乡村振兴和农业农村现代化的必然要求。


2023年中央一号文件首次提出加快生物育种商业化步伐,重视生物育种带来的产业变革,其关于“加快生物育种商业化步伐”的定调既符合粮食安全的大局观,也符合国内种业振兴的内在需要。



投资机构在种业方向布局

投资机构在种业方面的布局如下:投资种业科技型公司、支持种业初创企业、建立种业基金、产业融资、产业整合和并购、产业服务和咨询。




中国种业在行业变革中的发展态势与特征分析

育种技术发展可以分为四个主要时期:原始驯化选育(1.0版)、常规育种(2.0版)、分子育种(3.0版)和智慧育种(4.0版)。经过多年发展,目前,中国育种行业处于杂交育种(2.0版)与分子育种(3.0版)结合过渡的阶段。



02 分子育种技术

是种业革新的动力与源泉


无论是分子标记辅助育种、全基因组选择技术、转基因技术,还是基因编辑技术,都离不开基因测序技术的支撑。基因测序是分子育种的底层技术基础,通过测-算-改造完成育种过程,而基因测序技术贯穿育种完整过程,其应用效率直接决定育种成功率及效率。当前基因测序技术各具特点,在育种前期基础研究、育种实践中发挥各自优势。




分子标记辅助育种:

利用分子标记选择目标性状

分子标记辅助选择(MAS)是利用与目标性状基因型紧密连锁的分子标记,进行的目标性状基因辅助选择,MAS具有可靠性、高效率、抗病持久以及位点丰富等优点,可以通过精准选择目标性状提高育种效率,而且不受外界环境的影响,大大加快了育种进程。


转基因技术:

引入外源基因产生可预期的、定向的遗传改变

转基因技术是利用现代生物技术,将期望的目标基因,经过人工分离、重组后,导入并整合到生物体的基因组中,从而改善生物原有的性状或赋予其新的优良性状。转基因技术已经成为全球发展最成熟、应用最广泛的生物育种技术。


基因编辑技术:

精确修改目标基因位点

近年来,科学家充分研究蛋白质结构和核酸内切酶的特点,开发出了识别特异序列位点的核酸内切酶技术,该技术可以按照人们的意愿定点特异识别DNA序列,实现基因组的定点编辑和修饰。目前基因编辑技术主要有ZFNs、TALENs、CRISPR基因编辑技术,因设计简便、效率高、成本低等特点,基因编辑技术在动植物遗传改良等领域得到迅速应用。


合成生物学:

人工设计调控元件和调控线路,来改变生物性状

合成生物学主要是“以分子生物学和分子遗传学等传统生物学为基础,结合多种组学和系统生物学的手段,采用基因合成、编辑、网络调控等新技术并利用工程学和计算机指导设计新的生命体或者改造现有生命体的一门综合学科”,被誉为是“改变未来的颠覆性技术。


基因合成、基因编辑、蛋白质设计、细胞设计、高通量筛选等创新技术是支撑合成生物学发展的关键,其中,基因测序、DNA合成以及基因组编辑技术都是其核心关键技术。


BT与IT交叉融合的智慧育种:

精准化、高效化、智能化种业技术革命

近年来,随着生物技术(Biological Technology,BT)和信息技术(Information Technology,IT)的快速发展,一种新的育种模式——智慧育种逐渐兴起,即育种4.0阶段。智慧育种是将BT与IT在种业领域深度融合,利用现代化技术更快、更优、更高效地培育动植物新品种。智慧育种优势明显,目前也已经在科研和产业中取得了一些突破性进展。



03分子育种产业链分析和价值探讨


分子育种产业链是指利用分子生物学技术进行动植物育种的一系列活动和过程,这会涉及到多个领域和环节,组成分子育种产业链全流程。具体而言,不同的产业链环节发挥的市场价值和作用不同,主要包括分子育种产业链的上游、中游以及下游。


上游产业链:是分子育种的基础支撑,主要包括育种过程涉及仪器设备、创新育种生物和信息技术开发、种质资源收集保存等方向,为分子育种提供必要的仪器设备和技术研发能力,是产业链的核心部分。


中游产业链:这一环节主要包括筛选测试、亲本创制、品种培育等,是分子育种的创新部分,通过不同的技术手段来培育出具有优良性状的新品种。


下游产业链:这一环节主要包括种子繁育、加工包装及销售推广等,是分子育种的市场部分,通过不同的渠道和方式将新品种推向市场,满足不同用户的需求。



04中国分子育种

产业化应用水平与成因分析


分子育种技术在畜禽水产作物中产业应用情况

1.1 多个转基因产品通过审定会议,生物育种环节流程已打通

转基因品种获得安全证书,意味着该品种在使用安全性及环境安全性经过了严格规范评估,2023年10月17日,农业农村部种业管理司官网发布《关于第五届国家农作物品种审定委员会第四次审定会议初审通过品种的公示》,公布了37个转基因玉米品种和14个转基因大豆品种通过初审,这是中国第一次审定转基因品种,标志着生物育种的所有环节已通畅开启。


1.2 作物基因编辑技术产业化进程加快

基因编辑可将生物育种的研发周期由10年以上缩短到2-5年,成本极大降低。目前基因编辑育种技术产业化进程加快,中国基因编辑育种基础研究积累领先世界,其中齐禾生科、舜丰生物、等企业走在前列。


1.3 畜禽水产全基因组选择产业化应用助力企业繁育“完美”品种

全基因组选择可实现早期选种,具有准确性高、性状选择效果好的特点,逐渐成为畜禽经济性状遗传改良的重要方法。随着高通量技术的发展与测序成本的大幅下降,基于测序的全基因选择技术逐渐在奶牛、猪、鸡等畜禽水产育种中实现应用,让企业培育“完美”品种成为可能,助力企业提升培育品种的经济效益。


中国分子育种产业化进程的国际差距分析

2.1 中国与领先国家的分子育种技术能力差距不大


虽然中国分子育种技术进程缓慢,但是其底层科研技术水平与已步入4.0阶段的发达国家差距不大:分子标记辅助选择、全基因组选择以及基因编辑技术整体处于国际领先水平。


2.2 科研院所育种:当前进入公益性研究阶段,在作物育种领域具有明显优势


科研院所是中国农业育种领域的主力,拥有最丰富的育种资源和育种人才,从分子育种技术应用方面,科研院所技术应用及先进设备应用与国际水平接近。



2.3 产业化应用方面与海外发达国家相比存在较大差距,主粮性状改善是当前分子育种技术的主要应用场景


在中国技术应用方面,科研院所逐渐使用全基因组选择等技术推动作物育种,作物种企侧重应用分子标记辅助选择技术进行性状选择,当前已有转基因和基因编辑作物批准上市,但整体而言国内作物分子育种产业化仍处于起步阶段,与种业发达国家相比仍有较大差距。


2.4 全球谨慎推进分子育种用于畜禽水产育种的产业化进程


从产业化应用来看,利用分子标记实现大规模培养新品种的目标阶段尚未实现,还需要大量研究和实践经验。转基因、基因编辑用于畜禽水产育种的产业化推广全球仍处于谨慎推进阶段。


2.5 国际分子育种已形成市场驱动体系,中国缺乏相应环境


当前中国在分子育种基础技术水平与国际发达国家基本保持一致,而产业化应用方面则与国际领先水平有较大差距,主要因素有:以科研院所为核心的育种主体产业转化少;(作物/畜禽水产)种企研发能力弱、技术应用少;政策监管谨慎,技术产业化应用进程慢等。


分子育种产业化进程中存在的问题与制约因素分析3.1 政策监管在分子育种产业化应用过程中发挥关键作用,当前中国生物育种监管政策与模式谨慎


当前中国农业生物育种需要更多可操作的生物育种生产管理办法为生物育种产业化应用保驾护航。中国在2022年发布了基因编辑植物的安全评价指南,目前还没有基因编辑动物的安全评价指南或相关监管政策。目前,产业界迫切需要国家出台清晰合理的监管政策。


3.2 中国种质资源库技术及丰富程度领先全球,但精准鉴定方面与国际差距较大


中国农作物种质资源起源于到20世纪50年代,1986年中国国家种质资源库建立,依托于中国农业科学院,隶属于作物品种资源研究所,由此标志着中国正式开始组织和管理种质资源。尽管在国种质资源库技术及丰富程度领先全球。中国却在精准鉴定作物性状方面与国际水平还有不小差距,如在鉴定某些特殊地域生长的作物是否具有高产、优质等性状,精准鉴定资源样本量尚未超过1.5万份,不足10%。


3.3 国内外分子育种领域研发投入差距较大


对比发达国家在市场化运作下,育种研发经费源源不断流向企业,而非大学或科研院所。2022年中国育种主要十家上市公司年报数据显示,10家公司累计研发费用为14.19亿人民币,而拜耳为28.76亿欧元(合人民币224.20亿人民币),中国种企在研发投入方面,与国际种业巨头相距甚远,仍然处于初级阶段,需要依靠政策及资本予以助力发展。



3.4 交叉复合型育种人才缺失


作物育种4.0阶段的核心是大数据驱动的基因组智能设计育种,其跨学科、多技术交叉的特点决定了育种4.0阶段的育种商业运作模式需要多学科领域的技术支撑与产学研一体的研发链条。然而中国高校大多数以一级学科为基础设置学院,学院数量众多,内部学科包容量较少,专业划分过细,忽略了跨学科与交叉学科的发展。导致交叉复合型人才缺失。


3.5 科研院所产业转化不足是当前主要问题,未来将主要加强基础研究及科企协作推动科技成果转化


科研院所在未来一段时间内仍将是生物育种资源最丰富、育种人才最集中的机构,但其育种往往以申请项目和课题形式进行,以科研院为主导的分子育种方向带来的弊端相对明显,育种研发与市场需求脱节,对基础性、长期性、战略性研究重视不足,导致研发成果往往无法在实际市场中落地推广,产业转化不足。



3.6 中国分子育种核心专利布局亟需重视及突破,且知识产权保护尚未充分发挥作用


国家知识产权局知识产权发展研究中心研究员王雷介绍,虽然中国分子标记育种专利申请量最多,但是关键核心技术仍有待突破。除以上问题外,在专利分布上,中国生物育种产业还存在专利布局缺乏基础核心专利的情况。




05中国分子育种产业

的发展路径和战略举措


分子育种政策持续完善,推动行业快速发展

分子育种已成为国际主流育种手段,各国政策不同也驱动着产业发展深度和方向不同。在转基因和基因编辑领域,政策导向直接决定产业发展。政策对新技术应用的逐步放开,极大促进了分子育种行业发展,政府需要引导协调种业领域的不同平台和机构密切合作交流,实现多学科交叉融合的目标;在这个基础上,政府还需要进一步推动多维度、多领域、多学科的数据融合,打破数据孤岛现象,从而满足先进智能育种技术的快速发展的需求。这将有助于中国育种产业快速发展,进一步促进农业快速发展。


强化种质资源库建设和产业应用

种质资源是分子育种的基本材料,是育种的基础。然而目前,中国种质资源库保存与应用仍有较大差距,这需要市场及行业的及时介入,把现有资源充分利用开发,企业也将在其中发挥重要作用。


进一步深化分子育种产学研跨领域沟通

分子育种快速发展需要产业链各方紧密配合,深化科研院所与种企之间的协作,形成分工明确的技术研发与产业化体系,这需要顶层规划与政府的大力支持。


企业引领分子育种行业发展

当前中国分子育种正在逐渐向企业主导发展,市场化机制正在逐渐建立。面向未来,分子育种企业需要紧紧把握国内育种产业变革机遇,超前筹划分子育种产业化应用,科研院所、育种服务商及头部种企加大在智能分子设计育种技术领域的研发力度,强化合成生物学、多组学、基因型大数据平台等技术的投入,推动中国种业国际化发展。


为推动中国种业快速提升研发能力,一方面,建议种企通过强强联合和兼并重组进行优势互补,提升市场占有率,通过市场优势提高盈利能力反哺企业研发投入。另一方面,加强企业间或与科研院所间的研发合作,通过共建技术平台、筹建联合育种研发平台等方式,降低研发风险,完善育繁推一体化建设,提升企业自助创新能力。


智能分子育种需要复合型人才持续储备

智能分子育种是一项综合学科,需要汇集多方面人才,这些专家人才的通力合作才能使得智能分子育种成为现实。目前,行业内非常缺乏既懂得生物知识又理解计算机技术的复合型人才。


科研院所汇聚了中国最优秀的育种人才,要推动新时代的智慧育种体系建设,就要推动科研院所人才有序流向企业。当前国内已有部分省市在积极推动科研人员流向企业。以湖南为例,湖南省农业局在人才引进、人才资源配置、人事管理等方面落实了多项政策,总结出“留职服务、兼职服务、辞职服务和本职服务”四种模式,有力的打通了科研人员流向企业的渠道,为企业提供了研发力量。


知识产权保护是分子育种行业发展的“护城河”

知识产权保护对分子育种产业发展起到举足轻重的作用,不仅可以鼓励创新、吸引投资,还有助于维护市场秩序、鼓励合作、促进技术转移等,目前,中国分子育种知识产权体系尚不完善。需要进一步完善相关法律法规,为企业营造出良好的竞争环境。



分子育种与农业数字化有机结合,促进农业发展智慧化变革

分子育种技术创新是农业科创创新的起点,农业数字化是分子育种技术价值实现的放大器。面向未来,推动中国农业科技创新与产业发展,要将分子育种技术与农业数字化相融合,通过数字化转型推进智慧三农发展,让分子育种成为乡村振兴、农业发展、农村稳定、农民增收的重要一环。



分子育种是确保中国农业高质量发展的基础支撑,更是三农数字化持续推进的重心。2023年,分子育种行业迎来商业化进程显著推进,当前关键技术突破数据要素积累正在全面发生,智慧育种厚积薄发。未来,中国将形成以企业为核心,以技术为驱动,以服务体系为生态的智慧育种全面发展。


进一步了解《2023年中国农业分子育种行业发展白皮书》详细内容,欢迎扫描下方二维码获取报告全文。


* 本文转载自亿欧网

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