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    報告解讀 | 我們為什么看好中國分子育種?“最后一公里”并非遙不可及

    時間:2022/11/4 15:46:25 點擊:55

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        摘要:深​度解讀《2022年中國農業分子育種行業發展白皮書》

        如果說一個多世紀之前,達爾文和孟德爾的發現為 20 世紀農業育種和遺傳學奠定了根基,那么分子育種研究在21世紀的今天無疑將享有相同地位。

        這門交叉學科正徹底改變動植物的培育方式。它從分子層面入手,通過分子標記輔助、轉基因,以及基因編輯等技術育種,希望將作物與畜禽的產量、品質提升到自然世界難以達到的高度,并盡可能地降低生產成本。

        在這一領域,生物技術、基因組研究、分子標記應用與傳統植物育種擦出了火光,努力為人類驅散著饑餓意外降臨的恐懼。

        千百年來,“靠天吃飯”一直是刻在農業基因中無法去除的枷鎖。氣候、蟲害、疾病在21世紀依舊是影響人類“飯碗”的不確定因素,這在擁有全世界五分之一人口的中國更是如此。

        中國是世界第二大種子需求國,但逆全球化思潮正將全球產業鏈布局由“效率至上”導向“安全至上”,邏輯變化為國際貿易蒙上了不確定性的面紗。在這樣的背景下,“種業翻身仗”去年2月被寫進了中央一號文件;在今年的一號文件中,糧食安全與現代農業科技再次被放到了最顯眼的位置。

        21世紀是生命科學的世紀,種子是農業發展的芯片,中國在生命科學的世紀呼喚分子育種。

        10月27日,億歐智庫聯合華大智造共同發布了《2022年中國農業分子育種行業發展白皮書》(以下簡稱“白皮書”),指出從2021年以來,中國的種業已經結束了深化改革階段,開始邁入發展變革階段。

        透過對中國過往種業的研究與考察,可以發現在分子育種領域,中國的本土技術與理論對比發達國家其實并沒有多少差距:產業鏈基礎支撐有保障,上游設備國產化也不存在“卡脖子”之痛。

        白皮書指出,中國與領先國家的差距只在“技術端與產業端如何更好地相結合”上,并稱之為“最后一公里”。這當然不是指將技術與產業成功對接唾手可得,但至少,“最后一公里”已并非遙不可及。

        時代呼喚分子育種

        發展種業是提高單產的核心因素。當中國農業供給保障能力日益增強,三大主糧自給率達到98.75%,中國將科技發展的戰略目光投向了分子育種。

        一方面,“吃飽”后向“吃好、吃健康”發展是自然趨勢;另一方面,憂患意識本就是中華這一古老農業文明的精神特質。

        據農村農業部數據,中國當前農作物良種覆蓋率在96%以上,自主選育品種面積 占比超過95%,畜禽核心種源自給率超過75%。而單良種一項,對糧食增產、畜牧業發展的貢獻率可以達到45%和40%。

        在剛結束不久的“二十大”上,“農業強國”首次被寫進黨代會報告,重要性被提到了前所未有的高度。中國是糧食生產大國和需求大國,也是僅在美國之后的第二大種子需求國,大概出于這一考慮,今年分子育種被列入了中國科技發展的重大戰略方向。

        憂患意識源于對現狀的認識與對未來的思考,而中國農業當前正面臨諸多挑戰,分子育種則肩負著未來應對挑戰的使命?傮w而言,中國農業面臨著三點主要挑戰:氣候異常、疾病蟲害,以及國際貿易的不穩定因素。

        首先,氣候變化對動植物的影響多種多樣。 氣溫上升會加速植物的生長和發育,但會降低作物產量,對動物的繁育能力也有影響。暴雨、冰凍等極端氣候災害不僅破壞作物本身,也會影響農業基礎設施,降低生產效率。

        其次,草地貪夜蛾等外來物種入侵、非洲豬瘟等疾病發生,也在一定程度上造成了中國農產品的減產風險。而缺少本土天敵,以及抗藥性等因素則增加了作物病蟲害的防治難度。

        值得一提的是,種種自然因素疊加國際形勢變化,促使各國從“分工合作”追求效率走向“獨立自主”保證安全,這種國際貿易中的邏輯轉變開始逼迫世界各國去調整應對。一個很明顯的趨勢是,自今年年初俄烏邊境燃起硝煙之后,俄羅斯、烏克蘭、巴西、印度等陸續超過20個國家頒布糧食出口禁令。

        中國作為糧食進口大國,在自身農業產業鏈中,數字化、機械化技術等應用與發達國家尚有一定差距,很難說可以在國際貿易沖突中超然其外。

        分子育種呼之欲出。去年7月,《種業振興行動方案》直奔“種子”,要求啟動種源關鍵核心技術攻關,開展生物育種重大科技項目,加快成果轉化推廣應用。

        今年8月,在中國首份“十四五”生物經濟發展規劃出臺后,農業農村部又印發《關于扶持國家種業陣型企業發展的通知》,明確提出要遴選陣型企業重點扶優,支持、鼓勵、推動科研單位、金融 機構、種業基地與陣型企業對接。

        政策的窗口已經打開,告訴在中國分子育種產業鏈布局的“種子”玩家們“春天到了”。

        上游基礎支撐完備,沒有卡脖子之痛

        白皮書將分子育種的產業鏈細分為上游基礎支撐,中游育種研發,以及下游產業應用。上下游聯動加快構建商業化育種體系才能將中國分子育種推向更高的階段。

        國際上將農業生物育種共分為了4個經典階段,分別是:1.0農家育種時代、2.0雜交育種時代、3.0分子育種時代,以及4.0智能育種時代。

        4.0時代是一種進入由前沿科學技術引領的“生物技術+信息技術+人工智能+大數據技術” 的智能階段,部分發達國家已經跨上這一臺階,而中國還在從2.0階段向3.0階段艱難邁步。

        3.0分子育種時代先進的生物技術包括分子標記輔助選擇、轉基因、基因編輯在育種中廣泛應用。從底層技術與上游自主的角度來看,中國已經具備“后來居上”的先決條件。

        中國的科研與技術與已步入4.0階段的發達國家差距不大,除轉基因的應用環節在中國受到極其嚴格的監管之外,分子標記輔助選擇、基因編輯技術整體處于國際領先水平。

        甚至從產業鏈獨立自主的邏輯來看,龍頭企業的底層技術完備,上游設備的國產化也不存在“卡脖子”之痛。

        上游為基礎支撐,包括育種設備、基因測序設備及種質資源收集分析等。國內如華大智造,已有分子育種樣本制備、基因測序、數據分析的全流程產品組合。

        尤其基因測序環節,作為基因分型的主要手段之一,其成本快速下降正推動了全基因組選擇技術成為分子育種的新寵,也正成為國際上畜禽分子育種中的研究熱點。

        簡單來說,全基因組選擇技術突破了只對主效基因檢測的局限性,可以利用覆蓋全基因組的分子標記同時關聯主效、微效基因,進行復雜性狀育種值預測,能實現早期選種,具有準確性高、性狀選擇效果好等特點。但也相應的對基因分型提出了高通量、成本可控、穩定性的新要求。

        國內少數企業已經完成技術突破。以華大智造為例,DNBSEQ-T7等產品擁有超高通量、高準確度、低Adapter Rate、低Duplication Rate(減少無效重復)、與低Index Hopping(減少錯誤)等特點,能夠滿足全基因選擇在分子育種領域應用的需求。

        據華大智造合作伙伴博瑞迪生物測算,依托華大智造DNBSEQ-T7超高通量測序儀,下游作物種企能平均縮短一半合格種源培育周期;選擇準確率提高20%-30% ;成本降低90%以上。

        從這一角度來看,上游基礎支撐的發展已為中國生物育種正從2.0常規育種向3.0分子育種發展掃清技術障礙,甚至為國內中、下游企業在“全基因組選擇”等分子育種前沿領域與跨國企業一較高下提供了堅實基礎,將極大加速國內分子育種產業化進程。

        “最后一公里”差在哪?

        沒輸在起跑線上的中國分子育種,始終要解決的是“最后一公里”的問題。

        “最后一公里”是中國農業大學教授胡曉湘提出的比喻,即中國分子育種要解決“技術端與產業端如何更好地相結合”。

        在產業化應用中,中國與國際領先水平存在“代差”。主要表現為兩點:以科研院所為核心的育種主體產業轉化少;(作物/畜禽水產)種企集中度低,研發能力弱,技術產業化應用進程慢。

        當前科研院所是中國農業育種領域的主力,擁有最豐富的育種資源和育種人才?梢灶A見這種情況在未來一段時間內不會改變。但如此帶來的弊端卻很明顯:科研院所育種往往以申請項目和課題形式進行,對基礎性、長期性、戰略性研究重視不足,育種研發與市場脫節,產業轉化不足。

        據白皮書內容,中國有超過90%的科研成果未實現產業化。對比歐美等發達國家的育種體系可以發現,歐美國家前期以政府聯合科研機構為主,后期無一例外轉為企業為主,這大概率也是中國分子育種未來發展的方向。

        至今,世界前20大跨國種企手中擁有全球90%的育種技術。發達國家的市場化運作下,育種研發經費源源不斷流向企業,而非大學或科研院所。企業以市場需求為出發點,通過產業鏈緊密合作可以有效將研究成果產業轉化。

        而中國當前以科研機構為主的模式下,必然的結果是種企格局分散、科技創新投入不足。分子育種作為強科技屬性領域,研發能力是關鍵的核心競爭力。然而中國種企育種研發薄弱,對國際種企難以望其項背。

        例如在2019年,中國全部種企的研發投入僅為42億元,而同年僅拜耳作物科學一家企業的業務研發支出就有109億元。這甚至不是同一維度的對比,實際上可憐的42億元還分散在中國無數的種企之間,行業集中度過低也顯示著中國分子育種市場的稚嫩。

        以2020年數據來看,世界前5大種企分走了全球市場的半壁江山(52%);而中國前5大種企的市占率卻僅占中國市場的12%;如果聚焦到種豬領域,全球Top3企業市占率達到了47%,中國Top3企業卻僅占了中國市場的5%。

        中國種企規模小,格局分散,又會進一步限制其科技投入能力。白皮書認為,加快構建商業化育種體系需要以企業為主體,引導科研院所育種人才、技術、材料等育種資源向企業流動,最終通過“需求-研發-支撐”的市場化機制,推動中國種業由大到強。

        為中國分子育種開一劑良方

        單從技術應用角度來看,考慮到單體價值與世代間隔兩項因素,未來預計分子育種在畜禽育種領域的產業化應用程度與發展速度將比作物育種更快。

        從單體價值角度,畜禽單價顯然高于作物,因此運用分子育種技術的投入回報更高;如果將視角放寬到世代間隔來看,這一優勢將更被放大。相較于作物育種,畜禽培育周期更長,世代間隔時間更久,分子育種帶來的收益自然更高。

        例如,前文提到的“全基因組選擇”進入產業化應用后,就有可能幫助企業繁育出“更完美”的品種。溫氏股份聯合中國農業大學,曾依托于華大智造的MGISEQ-2000高通量基因測序平臺,開發出基于低深度全基因組測序的全基因組選擇技術。

        據溫氏股份披露,這種技術運用在種豬培育方面取得了常規性狀增幅6%-15%;飼料轉化率提高4-12%;繁育性狀選擇準確率提高15.79%-40%,以及遺傳進展加快的效果。

        但結合實際情況而言,作物育種肩負“保障主糧安全”的更高使命。而且無論人才還是現有的科研成果,中國對作物育種都有著極大的資源傾斜。主糧性狀改善實際上也是當前分子育種下游中最主要的應用場景。

        中國是全球第二大種質資源庫,資源總量超過52萬份。但完成精準鑒定的比例卻不足十分之一,背后所藏的是未來中國分子育種發展必須跨越的挑戰。

        首先,基因型檢測的高成本是主要限制因素。

        在中國種企普遍規模小、集中度較低的格局下,一次反應數千乃至數萬的開銷多少顯得有些沉重!案咄、低成本、穩定性”是中下游種企對測序的核心訴求。未來,以華大智造為首的國產測序儀相關企業需要持續推進高通量測序技術的研發,降低分子育種應用門檻。

        此外,加強科企協作,形成分工明確的技術研發與產業化體系是未來中國育種能參與全球競爭的關鍵。

        目前,中國科企協作已經取得了一定進展。海南崖州灣種子實驗室理事單位主要由省政府廳等政府單位,中國科學院遺傳與發育生物學研究等科研院所,以及中國種子集團等企業單位與技術創新中心共同組成。相信未來這種科企協作模式也將在政府頂層規劃和支持下更多出現。

        而針對種企研發能力不足方面,白皮書建議可以通過兼并購、行業共建關鍵共性技術平臺的方式提升,最終做到育種、繁育、推廣產業鏈一體化。

        兼并購是企業發展的重要手段,也是國際種業集團擴大市場占有率,提高研發水平的“常規”操作。美國曾多次并購的著名種企孟山都也在2016年被拜耳收購;陶氏也和杜邦聯手成立了科迪華。

        當前,全球已明顯呈現出拜耳、科迪華的雙寡頭壟斷格局,產業鏈一體化趨勢明顯。對中國種企來說,通過合作共建技術平臺、籌建聯合育種研發平臺等方式,降低研發風險,完善育種、繁育、推廣的產業鏈一體化建設,也不失為提升企業自主創新能力的一劑良方。

        進一步了解《2022年中國農業分子育種行業發展白皮書》詳細內容,歡迎前往億歐官網及華大智造官方微信公眾號。

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    作者:不詳 來源:網絡
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