您当前的位置:首页 > 资讯 > 农业

报告解读 | 我们为什么看好中国分子育种?“最后一公里”并非遥不可及

2022-11-04 15:01:35 来源:快讯网 编辑:张亚
摘要: 摘要:深度解读《2022年中国农业分子育种行业发展白皮书》如果说一个多世纪之前,达尔文和孟德尔的发现为 20 世纪农业育种和遗传学奠定了根基,那么分子育种研究在21世纪的今天

 摘要:深度解读《2022年中国农业分子育种行业发展白皮书》

如果说一个多世纪之前,达尔文和孟德尔的发现为 20 世纪农业育种和遗传学奠定了根基,那么分子育种研究在21世纪的今天无疑将享有相同地位。

这门交叉学科正彻底改变动植物的培育方式。它从分子层面入手,通过分子标记辅助、转基因,以及基因编辑等技术育种,希望将作物与畜禽的产量、品质提升到自然世界难以达到的高度,并尽可能地降低生产成本。

在这一领域,生物技术、基因组研究、分子标记应用与传统植物育种擦出了火光,努力为人类驱散着饥饿意外降临的恐惧。

千百年来,“靠天吃饭”一直是刻在农业基因中无法去除的枷锁。气候、虫害、疾病在21世纪依旧是影响人类“饭碗”的不确定因素,这在拥有全世界五分之一人口的中国更是如此。

中国是世界第二大种子需求国,但逆全球化思潮正将全球产业链布局由“效率至上”导向“安全至上”,逻辑变化为国际贸易蒙上了不确定性的面纱。在这样的背景下,“种业翻身仗”去年2月被写进了中央一号文件;在今年的一号文件中,粮食安全与现代农业科技再次被放到了最显眼的位置。

21世纪是生命科学的世纪,种子是农业发展的芯片,中国在生命科学的世纪呼唤分子育种。

10月27日,亿欧智库联合华大智造共同发布了《2022年中国农业分子育种行业发展白皮书》(以下简称“白皮书”),指出从2021年以来,中国的种业已经结束了深化改革阶段,开始迈入发展变革阶段。

 透过对中国过往种业的研究与考察,可以发现在分子育种领域,中国的本土技术与理论对比发达国家其实并没有多少差距:产业链基础支撑有保障,上游设备国产化也不存在“卡脖子”之痛。

白皮书指出,中国与领先国家的差距只在“技术端与产业端如何更好地相结合”上,并称之为“最后一公里”。这当然不是指将技术与产业成功对接唾手可得,但至少,“最后一公里”已并非遥不可及。

时代呼唤分子育种

发展种业是提高单产的核心因素。当中国农业供给保障能力日益增强,三大主粮自给率达到98.75%,中国将科技发展的战略目光投向了分子育种。

 一方面,“吃饱”后向“吃好、吃健康”发展是自然趋势;另一方面,忧患意识本就是中华这一古老农业文明的精神特质。

据农村农业部数据,中国当前农作物良种覆盖率在96%以上,自主选育品种面积 占比超过95%,畜禽核心种源自给率超过75%。而单良种一项,对粮食增产、畜牧业发展的贡献率可以达到45%和40%。

在刚结束不久的“二十大”上,“农业强国”首次被写进党代会报告,重要性被提到了前所未有的高度。中国是粮食生产大国和需求大国,也是仅在美国之后的第二大种子需求国,大概出于这一考虑,今年分子育种被列入了中国科技发展的重大战略方向。

忧患意识源于对现状的认识与对未来的思考,而中国农业当前正面临诸多挑战,分子育种则肩负着未来应对挑战的使命。总体而言,中国农业面临着三点主要挑战:气候异常、疾病虫害,以及国际贸易的不稳定因素。

首先,气候变化对动植物的影响多种多样。 气温上升会加速植物的生长和发育,但会降低作物产量,对动物的繁育能力也有影响。暴雨、冰冻等极端气候灾害不仅破坏作物本身,也会影响农业基础设施,降低生产效率。

其次,草地贪夜蛾等外来物种入侵、非洲猪瘟等疾病发生,也在一定程度上造成了中国农产品的减产风险。而缺少本土天敌,以及抗药性等因素则增加了作物病虫害的防治难度。

值得一提的是,种种自然因素叠加国际形势变化,促使各国从“分工合作”追求效率走向“独立自主”保证安全,这种国际贸易中的逻辑转变开始逼迫世界各国去调整应对。一个很明显的趋势是,自今年年初俄乌边境燃起硝烟之后,俄罗斯、乌克兰、巴西、印度等陆续超过20个国家颁布粮食出口禁令。

中国作为粮食进口大国,在自身农业产业链中,数字化、机械化技术等应用与发达国家尚有一定差距,很难说可以在国际贸易冲突中超然其外。

分子育种呼之欲出。去年7月,《种业振兴行动方案》直奔“种子”,要求启动种源键核心技术攻关,开展生物育种重大科技项目,加快成果转化推广应用。

今年8月,在中国首份“十四五”生物经济发展规划出台后,农业农村部又印发《关于扶持国家种业阵型企业发展的通知》,明确提出要遴选阵型企业重点扶优,支持、鼓励、推动科研单位、金融 机构、种业基地与阵型企业对接。

政策的窗口已经打开,告诉在中国分子育种产业链布局的“种子”玩家们“春天到了”。

上游基础支撑完备,没有卡脖子之痛

白皮书将分子育种的产业链细分为上游基础支撑,中游育种研发,以及下游产业应用。上下游联动加快构建商业化育种体系才能将中国分子育种推向更高的阶段。

国际上将农业生物育种共分为了4个经典阶段,分别是:1.0农家育种时代、2.0杂交育种时代、3.0分子育种时代,以及4.0智能育种时代。

4.0时代是一种进入由前沿科学技术引领的“生物技术+信息技术+人工智能+大数据技术” 的智能阶段,部分发达国家已经跨上这一台阶,而中国还在从2.0阶段向3.0阶段艰难迈步。

3.0分子育种时代先进的生物技术包括分子标记辅助选择、转基因、基因编辑在育种中广泛应用。从底层技术与上游自主的角度来看,中国已经具备“后来居上”的先决条件。

中国的科研与技术与已步入4.0阶段的发达国家差距不大,除转基因的应用环节在中国受到极其严格的监管之外,分子标记辅助选择、基因编辑技术整体处于国际领先水平。

甚至从产业链独立自主的逻辑来看,龙头企业的底层技术完备,上游设备的国产化也不存在“卡脖子”之痛。

上游为基础支撑,包括育种设备、基因测序设备及种质资源收集分析等。国内如华大智造,已有分子育种样本制备、基因测序、数据分析的全流程产品组合。

尤其基因测序环节,作为基因分型的主要手段之一,其成本快速下降正推动了全基因组选择技术成为分子育种的新宠,也正成为国际上畜禽分子育种中的研究热点

简单来说,全基因组选择技术突破了只对主效基因检测的局限性,可以利用覆盖全基因组的分子标记同时关联主效、微效基因,进行复杂性状育种值预测,能实现早期选种,具有准确性高、性状选择效果好等特点。但也相应的对基因分型提出了高通量、成本可控、稳定性的新要求。

国内少数企业已经完成技术突破。以华大智造为例,DNBSEQ-T7等产品拥有超高通量、高准确度、低Adapter Rate、低Duplication Rate(减少无效重复)、与低Index Hopping(减少错误)等特点,能够满足全基因选择在分子育种领域应用的需求。

据华大智造合作伙伴博瑞迪生物测算,依托华大智造DNBSEQ-T7超高通量测序仪,下游作物种企能平均缩短一半合格种源培育周期;选择准确率提高20%-30% ;成本降低90%以上。

从这一角度来看,上游基础支撑的发展已为中国生物育种正从2.0常规育种向3.0分子育种发展扫清技术障碍,甚至为国内中、下游企业在“全基因组选择”等分子育种前沿领域与跨国企业一较高下提供了坚实基础,将极大加速国内分子育种产业化进程。

“最后一公里”差在哪?

没输在起跑线上的中国分子育种,始终要解决的是“最后一公里”的问题。

“最后一公里”是中国农业大学教授胡晓湘提出的比喻,即中国分子育种要解决“技术端与产业端如何更好地相结合”。

 在产业化应用中,中国与国际领先水平存在“代差”。主要表现为两点:以科研院所为核心的育种主体产业转化少;(作物/畜禽水产)种企集中度低,研发能力弱,技术产业化应用进程慢。

当前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。可以预见这种情况在未来一段时间内不会改变。但如此带来的弊端却很明显:科研院所育种往往以申请项目和课题形式进行,对基础性、长期性、战略性研究重视不足,育种研发与市场脱节,产业转化不足。

据白皮书内容,中国有超过90%的科研成果未实现产业化。对比欧美等发达国家的育种体系可以发现,欧美国家前期以政府联合科研机构为主,后期无一例外转为企业为主,这大概率也是中国分子育种未来发展的方向。

至今,世界前20大跨国种企手中拥有全球90%的育种技术。发达国家的市场化运作下,育种研发经费源源不断流向企业,而非大学或科研院所。企业以市场需求为出发点,通过产业链紧密合作可以有效将研究成果产业转化。

而中国当前以科研机构为主的模式下,必然的结果是种企格局分散、科技创新投入不足。分子育种作为强科技属性领域,研发能力是关键的核心竞争力。然而中国种企育种研发薄弱,对国际种企难以望其项背。

例如在2019年,中国全部种企的研发投入仅为42亿元,而同年仅拜耳作物科学一家企业的业务研发支出就有109亿元。这甚至不是同一维度的对比,实际上可怜的42亿元还分散在中国无数的种企之间,行业集中度过低也显示着中国分子育种市场的稚嫩。

以2020年数据来看,世界前5大种企分走了全球市场的半壁江山(52%);而中国前5大种企的市占率却仅占中国市场的12%;如果聚焦到种猪领域,全球Top3企业市占率达到了47%,中国Top3企业却仅占了中国市场的5%。

中国种企规模小,格局分散,又会进一步限制其科技投入能力。白皮书认为,加快构建商业化育种体系需要以企业为主体,引导科研院所育种人才、技术、材料等育种资源向企业流动,最终通过“需求-研发-支撑”的市场化机制,推动中国种业由大到强。

为中国分子育种开一剂良方

单从技术应用角度来看,考虑到单体价值与世代间隔两项因素,未来预计分子育种在畜禽育种领域的产业化应用程度与发展速度将比作物育种更快。

从单体价值角度,畜禽单价显然高于作物,因此运用分子育种技术的投入回报更高;如果将视角放宽到世代间隔来看,这一优势将更被放大。相较于作物育种,畜禽培育周期更长,世代间隔时间更久,分子育种带来的收益自然更高。

例如,前文提到的“全基因组选择”进入产业化应用后,就有可能帮助企业繁育出“更完美”的品种。温氏股份联合中国农业大学,曾依托于华大智造的MGISEQ-2000高通量基因测序平台,开发出基于低深度全基因组测序的全基因组选择技术。

据温氏股份披露,这种技术运用在种猪培育方面取得了常规性状增幅6%-15%;饲料转化率提高4-12%;繁育性状选择准确率提高15.79%-40%,以及遗传进展加快的效果。

但结合实际情况而言,作物育种肩负“保障主粮安全”的更高使命。而且无论人才还是现有的科研成果,中国对作物育种都有着极大的资源倾斜。主粮性状改善实际上也是当前分子育种下游中最主要的应用场景。

中国是全球第二大种质资源库,资源总量超过52万份。但完成精准鉴定的比例却不足十分之一,背后所藏的是未来中国分子育种发展必须跨越的挑战。

首先,基因型检测的高成本是主要限制因素。

在中国种企普遍规模小、集中度较低的格局下,一次反应数千乃至数万的开销多少显得有些沉重。“高通量、低成本、稳定性”是中下游种企对测序的核心诉求。未来,以华大智造为首的国产测序仪相关企业需要持续推进高通量测序技术的研发,降低分子育种应用门槛。

此外,加强科企协作,形成分工明确的技术研发与产业化体系是未来中国育种能参与全球竞争的关键。

目前,中国科企协作已经取得了一定进展。海南崖州湾种子实验室理事单位主要由省政府厅等政府单位,中国科学院遗传与发育生物学研究等科研院所,以及中国种子集团等企业单位与技术创新中心共同组成。相信未来这种科企协作模式也将在政府顶层规划和支持下更多出现。

而针对种企研发能力不足方面,白皮书建议可以通过兼并购、行业共建关键共性技术平台的方式提升,最终做到育种、繁育、推广产业链一体化。

兼并购是企业发展的重要手段,也是国际种业集团扩大市场占有率,提高研发水平的“常规”操作。美国曾多次并购的著名种企孟山都也在2016年被拜耳收购;陶氏也和杜邦联手成立了科迪华。

当前,全球已明显呈现出拜耳、科迪华的双寡头垄断格局,产业链一体化趋势明显。对中国种企来说,通过合作共建技术平台、筹建联合育种研发平台等方式,降低研发风险,完善育种、繁育、推广的产业链一体化建设,也不失为提升企业自主创新能力的一剂良方。

进一步了解《2022年中国农业分子育种行业发展白皮书》详细内容,欢迎前往亿欧官网及华大智造官方微信公众号。



本文地址:https://www.xwkx.net/xinwen/179670 - 转载请保留原文链接。
免责声明:本文转载上述内容出于传递更多信息之目的,不代表本网的观点和立场,故本网对其真实性不负责,也不构成任何其他建议; 本网站图片,文字之类版权申明,因为网站可以由注册用户自行上传图片或文字,本网站无法鉴别所上传图片或文字的知识版权,如果侵犯,请及时通知我们,本网站将在第一时间及时删除。
热门推荐
Copyright © 2009 - 2022 www.xwkx.net关于我们 | 广告服务 | 内容申诉 | 联系我们 | 京ICP备18022098号