《2023年中國農業(yè)分子育種行業(yè)發(fā)展白皮書》在《2022年中國農業(yè)分子育種行業(yè)發(fā)展白皮書》基礎上,更加詳盡梳理中國當前種業(yè)的發(fā)展歷程,挖掘在產業(yè)發(fā)展大環(huán)境下,中國如何通過戰(zhàn)略布局推動分子育種快速發(fā)展。
新技術驅動著21世紀的車輪滾滾向前,農業(yè)領域亦是。
從田間巷陌到重點政策,作為農業(yè)發(fā)展的芯片,種源已經成為創(chuàng)新底座。生物育種則是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的驅動力,也是保障國家糧食安全的戰(zhàn)略性、基礎性核心產業(yè)。
當前,分子標記輔助選擇、轉基因、基因編輯、合成生物學以及智慧育種等生物育種技術已成為全球各國搶占科技制高點和爭搶農業(yè)國際競爭力的戰(zhàn)略重點,以信息技術為代表的新一輪科技革命和產業(yè)變革正在孕育發(fā)展,加大關鍵核心技術攻關,加快農業(yè)信息技術應用發(fā)展迫在眉睫。
中國作為世界第二大種子需求國,種業(yè)發(fā)展正處于一個重要的歷史機遇期與挑戰(zhàn)期。繼2022年后,2023年中央一號文再次提出:全面實施生物育種重大項目,加快培育高產高油大豆、短生育期油菜、耐鹽堿作物等新品種。加快玉米大豆生物育種產業(yè)化步伐,有序擴大試點范圍,規(guī)范種植管理。
億歐智庫:2023年中央一號文件明確全面推進鄉(xiāng)村振興工作
來源:中國政府網
2023年中央一號文件首次提出加快生物育種商業(yè)化步伐,重視生物育種帶來的產業(yè)變革,其關于“加快生物育種商業(yè)化步伐”的定調既符合糧食安全的大局觀,也符合國內種業(yè)振興的內在需要。同時,2023年一號文要求進一步鞏固糧食安全,扎實從事農業(yè)技術服務類企業(yè)有望充分獲益鄉(xiāng)村振興浪潮。此外,在黨的報告和中央農村工作會議提出要“全面推進鄉(xiāng)村振興、加快建設農業(yè)強國”的基礎上,中央一號文件給出了建設農業(yè)強國的基本內涵。2023 年 4 月,中國首個大豆基因編輯安全證書獲批;同時,農業(yè)農村部發(fā)布《農業(yè)用基因編輯植物評審細則(試行)》,進一步明確基因編輯植物的分類標準和評審細則。以上均標志著中國分子育種產業(yè)化應用步入快車道。
12月15日,華大智造聯(lián)合億歐智庫共同發(fā)布《2023年中國農業(yè)分子育種行業(yè)發(fā)展白皮書》(以下簡稱“白皮書”),本次發(fā)布旨在讓更多產業(yè)從業(yè)者了解中國分子育種發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展機遇,共同參與推進中國分子育種產業(yè)發(fā)展。
在農業(yè)生物育種領域,華大智造致力于為科學家和育種工作者提供高通量、低成本、穩(wěn)定性的農業(yè)基因組學應用產品,通過成本可控的分子育種工具,廣覆蓋生物育種的產學研需求,提高育種效率,助力農業(yè)產業(yè)提升。
在本年度白皮書中,我們堅定地認為“種源是農業(yè)發(fā)展的芯片”,為更好地發(fā)展優(yōu)質種源,需要進一步加強生物育種技術的應用與推廣。2023年度,我們看到無論是政策方面,還是產業(yè)變革方面,都提示分子育種領域正在朝著逐步謹慎放開的方向發(fā)展。我們相信,在產業(yè)鏈各方的助推下,分子育種技術產業(yè)應用將迎來快速發(fā)展。
《2023年中國農業(yè)分子育種行業(yè)發(fā)展白皮書》在2022年首發(fā)版的基礎上,進一步梳理中國種業(yè)發(fā)展歷程、技術現(xiàn)況、國內外技術及應用發(fā)展、面臨困境以及戰(zhàn)略布局等方向,期望為從業(yè)者提供一幅相對完整的產業(yè)發(fā)展地圖。
我們把白皮書核心觀點進行提煉,具體如下:
1、 中國育種處于雜交育種(2.0版)與分子育種(3.0版)結合過渡的階段,中國分子育種底層科研技術水平與已步入智慧育種4.0階段的發(fā)達國家差距不大。
2、 政策監(jiān)管在分子育種產業(yè)化應用過程中發(fā)揮關鍵作用,當前中國生物育種監(jiān)管政策與模式處于謹慎放開的狀態(tài),落地政策細節(jié)需要進一步完善。
3、 盡管中國種質資源庫豐富程度處于國際領先水平,但精準鑒定技術的發(fā)展相對滯后,種質資源的精準鑒定仍然面臨挑戰(zhàn)。
4、 分子育種快速發(fā)展需要產業(yè)鏈各方緊密配合,并深化科研院所與種企之間的協(xié)作,形成分工明確的技術研發(fā)與產業(yè)化體系。
5、 進一步加強企業(yè)與科研院所間的研發(fā)合作,通過共建技術平臺、籌建聯(lián)合育種研發(fā)平臺等方式,降低研發(fā)風險,完善育繁推一體化建設,提升企業(yè)自助創(chuàng)新能力。
6、 分子育種產業(yè)內缺乏技術端和產業(yè)端貫通的人才,當前產業(yè)無法在技術端和生產端之間做很好的銜接;因此,智能分子育種需要大量復合型人才,共同推動產業(yè)進步。
7、 知識產權保護對分子育種產業(yè)發(fā)展起到舉足輕重的作用,中國分子育種知識產權體系處在建設及完善階段,需要進一步完善相關法律法規(guī),為企業(yè)營造出良好的競爭環(huán)境。
8、 推動中國農業(yè)科技創(chuàng)新與產業(yè)發(fā)展,要將分子育種技術與農業(yè)數(shù)字化相融合,通過數(shù)字化轉型推進智慧三農發(fā)展,讓分子育種成為鄉(xiāng)村振興、農業(yè)發(fā)展、農村穩(wěn)定、農民增收的重要一環(huán)。
白皮書內容摘要
01中國育種行業(yè)迎來再次發(fā)展
政策驅動下的育種行業(yè):育種是農業(yè)發(fā)展的基礎支撐
種源位于農業(yè)產業(yè)鏈上游,是農業(yè)科技進步的最重要載體。種業(yè)技術的創(chuàng)新,帶動著耕作栽培、植物保護、農業(yè)工程、農業(yè)環(huán)保、農產品加工等領域的發(fā)展。推進種業(yè)高質量發(fā)展、打贏種業(yè)“翻身仗”是實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興和農業(yè)農村現(xiàn)代化的必然要求。
2023年中央一號文件首次提出加快生物育種商業(yè)化步伐,重視生物育種帶來的產業(yè)變革,其關于“加快生物育種商業(yè)化步伐”的定調既符合糧食安全的大局觀,也符合國內種業(yè)振興的內在需要。
投資機構在種業(yè)方向布局
投資機構在種業(yè)方面的布局如下:投資種業(yè)科技型公司、支持種業(yè)初創(chuàng)企業(yè)、建立種業(yè)基金、產業(yè)融資、產業(yè)整合和并購、產業(yè)服務和咨詢。
中國種業(yè)在行業(yè)變革中的發(fā)展態(tài)勢與特征分析
育種技術發(fā)展可以分為四個主要時期:原始馴化選育(1.0版)、常規(guī)育種(2.0版)、分子育種(3.0版)和智慧育種(4.0版)。經過多年發(fā)展,目前,中國育種行業(yè)處于雜交育種(2.0版)與分子育種(3.0版)結合過渡的階段。
02分子育種技術
是種業(yè)革新的動力與源泉
無論是分子標記輔助育種、全基因組選擇技術、轉基因技術,還是基因編輯技術,都離不開基因測序技術的支撐?；驕y序是分子育種的底層技術基礎,通過測-算-改造完成育種過程,而基因測序技術貫穿育種完整過程,其應用效率直接決定育種成功率及效率。當前基因測序技術各具特點,在育種前期基礎研究、育種實踐中發(fā)揮各自優(yōu)勢。
分子標記輔助育種:利用分子標記選擇目標性狀
分子標記輔助選擇(MAS)是利用與目標性狀基因型緊密連鎖的分子標記,進行的目標性狀基因輔助選擇,MAS具有可靠性、高效率、抗病持久以及位點豐富等優(yōu)點,可以通過精準選擇目標性狀提高育種效率,而且不受外界環(huán)境的影響,大大加快了育種進程。
轉基因技術:引入外源基因產生可預期的、定向的遺傳改變
轉基因技術是利用現(xiàn)代生物技術,將期望的目標基因,經過人工分離、重組后,導入并整合到生物體的基因組中,從而改善生物原有的性狀或賦予其新的優(yōu)良性狀。轉基因技術已經成為全球發(fā)展最成熟、應用最廣泛的生物育種技術。
基因編輯技術:精確修改目標基因位點
近年來,科學家充分研究蛋白質結構和核酸內切酶的特點,開發(fā)出了識別特異序列位點的核酸內切酶技術,該技術可以按照人們的意愿定點特異識別DNA序列,實現(xiàn)基因組的定點編輯和修飾。目前基因編輯技術主要有ZFNs、TALENs、CRISPR基因編輯技術,因設計簡便、效率高、成本低等特點,基因編輯技術在動植物遺傳改良等領域得到迅速應用。
合成生物學:人工設計調控元件和調控線路,來改變生物性狀
合成生物學主要是“以分子生物學和分子遺傳學等傳統(tǒng)生物學為基礎,結合多種組學和系統(tǒng)生物學的手段,采用基因合成、編輯、網絡調控等新技術并利用工程學和計算機指導設計新的生命體或者改造現(xiàn)有生命體的一門綜合學科”,被譽為是“改變未來的顛覆性技術。
基因合成、基因編輯、蛋白質設計、細胞設計、高通量篩選等創(chuàng)新技術是支撐合成生物學發(fā)展的關鍵,其中,基因測序、DNA合成以及基因組編輯技術都是其核心關鍵技術。
BT與IT交叉融合的智慧育種:精準化、高效化、智能化種業(yè)技術革命
近年來,隨著生物技術(Biological Technology,BT)和信息技術(Information Technology,IT)的快速發(fā)展,一種新的育種模式——智慧育種逐漸興起,即育種4.0階段。智慧育種是將BT與IT在種業(yè)領域深度融合,利用現(xiàn)代化技術更快、更優(yōu)、更高效地培育動植物新品種。智慧育種優(yōu)勢明顯,目前也已經在科研和產業(yè)中取得了一些突破性進展。
03分子育種產業(yè)鏈分析和價值探討
分子育種產業(yè)鏈是指利用分子生物學技術進行動植物育種的一系列活動和過程,這會涉及到多個領域和環(huán)節(jié),組成分子育種產業(yè)鏈全流程。具體而言,不同的產業(yè)鏈環(huán)節(jié)發(fā)揮的市場價值和作用不同,主要包括分子育種產業(yè)鏈的上游、中游以及下游。
上游產業(yè)鏈:是分子育種的基礎支撐,主要包括育種過程涉及儀器設備、創(chuàng)新育種生物和信息技術開發(fā)、種質資源收集保存等方向,為分子育種提供必要的儀器設備和技術研發(fā)能力,是產業(yè)鏈的核心部分。
中游產業(yè)鏈:這一環(huán)節(jié)主要包括篩選測試、親本創(chuàng)制、品種培育等,是分子育種的創(chuàng)新部分,通過不同的技術手段來培育出具有優(yōu)良性狀的新品種。
下游產業(yè)鏈:這一環(huán)節(jié)主要包括種子繁育、加工包裝及銷售推廣等,是分子育種的市場部分,通過不同的渠道和方式將新品種推向市場,滿足不同用戶的需求。
04中國分子育種
產業(yè)化應用水平與成因分析
分子育種技術在畜禽水產作物中產業(yè)應用情況
1.1 多個轉基因產品通過審定會議,生物育種環(huán)節(jié)流程已打通
轉基因品種獲得安全證書,意味著該品種在使用安全性及環(huán)境安全性經過了嚴格規(guī)范評估,2023年10月17日,農業(yè)農村部種業(yè)管理司官網發(fā)布《關于第五屆國家農作物品種審定委員會第四次審定會議初審通過品種的公示》,公布了37個轉基因玉米品種和14個轉基因大豆品種通過初審,這是中國第一次審定轉基因品種,標志著生物育種的所有環(huán)節(jié)已通暢開啟。
1.2 作物基因編輯技術產業(yè)化進程加快
基因編輯可將生物育種的研發(fā)周期由10年以上縮短到2-5年,成本極大降低。目前基因編輯育種技術產業(yè)化進程加快,中國基因編輯育種基礎研究積累領先世界,其中齊禾生科、舜豐生物、等企業(yè)走在前列。
1.3 畜禽水產全基因組選擇產業(yè)化應用助力企業(yè)繁育“完美”品種
全基因組選擇可實現(xiàn)早期選種,具有準確性高、性狀選擇效果好的特點,逐漸成為畜禽經濟性狀遺傳改良的重要方法。隨著高通量技術的發(fā)展與測序成本的大幅下降,基于測序的全基因選擇技術逐漸在奶牛、豬、雞等畜禽水產育種中實現(xiàn)應用,讓企業(yè)培育“完美”品種成為可能,助力企業(yè)提升培育品種的經濟效益。
中國分子育種產業(yè)化進程的國際差距分析
2.1 中國與領先國家的分子育種技術能力差距不大
雖然中國分子育種技術進程緩慢,但是其底層科研技術水平與已步入4.0階段的發(fā)達國家差距不大:分子標記輔助選擇、全基因組選擇以及基因編輯技術整體處于國際領先水平。
2.2 科研院所育種:當前進入公益性研究階段,在作物育種領域具有明顯優(yōu)勢
科研院所是中國農業(yè)育種領域的主力,擁有最豐富的育種資源和育種人才,從分子育種技術應用方面,科研院所技術應用及先進設備應用與國際水平接近。
2.3產業(yè)化應用方面與海外發(fā)達國家相比存在較大差距,主糧性狀改善是當前分子育種技術的主要應用場景
在中國技術應用方面,科研院所逐漸使用全基因組選擇等技術推動作物育種,作物種企側重應用分子標記輔助選擇技術進行性狀選擇,當前已有轉基因和基因編輯作物批準上市,但整體而言國內作物分子育種產業(yè)化仍處于起步階段,與種業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大差距。
2.4全球謹慎推進分子育種用于畜禽水產育種的產業(yè)化進程
從產業(yè)化應用來看,利用分子標記實現(xiàn)大規(guī)模培養(yǎng)新品種的目標階段尚未實現(xiàn),還需要大量研究和實踐經驗。轉基因、基因編輯用于畜禽水產育種的產業(yè)化推廣全球仍處于謹慎推進階段。
2.5國際分子育種已形成市場驅動體系,中國缺乏相應環(huán)境
當前中國在分子育種基礎技術水平與國際發(fā)達國家基本保持一致,而產業(yè)化應用方面則與國際領先水平有較大差距,主要因素有:以科研院所為核心的育種主體產業(yè)轉化少;(作物/畜禽水產)種企研發(fā)能力弱、技術應用少;政策監(jiān)管謹慎,技術產業(yè)化應用進程慢等。
分子育種產業(yè)化進程中存在的問題與制約因素分析
3.1政策監(jiān)管在分子育種產業(yè)化應用過程中發(fā)揮關鍵作用,當前中國生物育種監(jiān)管政策與模式謹慎
當前中國農業(yè)生物育種需要更多可操作的生物育種生產管理辦法為生物育種產業(yè)化應用保駕護航。中國在2022年發(fā)布了基因編輯植物的安全評價指南,目前還沒有基因編輯動物的安全評價指南或相關監(jiān)管政策。目前,產業(yè)界迫切需要國家出臺清晰合理的監(jiān)管政策。
3.2中國種質資源庫技術及豐富程度領先全球,但精準鑒定方面與國際差距較大
中國農作物種質資源起源于到20世紀50年代,1986年中國國家種質資源庫建立,依托于中國農業(yè)科學院,隸屬于作物品種資源研究所,由此標志著中國正式開始組織和管理種質資源。盡管在國種質資源庫技術及豐富程度領先全球。中國卻在精準鑒定作物性狀方面與國際水平還有不小差距,如在鑒定某些特殊地域生長的作物是否具有高產、優(yōu)質等性狀,精準鑒定資源樣本量尚未超過1.5萬份,不足10%。
3.3國內外分子育種領域研發(fā)投入差距較大
對比發(fā)達國家在市場化運作下,育種研發(fā)經費源源不斷流向企業(yè),而非大學或科研院所。2022年中國育種主要十家上市公司年報數(shù)據(jù)顯示,10家公司累計研發(fā)費用為14.19億人民幣,而拜耳為28.76億歐元(合人民幣224.20億人民幣),中國種企在研發(fā)投入方面,與國際種業(yè)巨頭相距甚遠,仍然處于初級階段,需要依靠政策及資本予以助力發(fā)展。
3.4交叉復合型育種人才缺失
作物育種4.0階段的核心是大數(shù)據(jù)驅動的基因組智能設計育種,其跨學科、多技術交叉的特點決定了育種4.0階段的育種商業(yè)運作模式需要多學科領域的技術支撐與產學研一體的研發(fā)鏈條。然而中國高校大多數(shù)以一級學科為基礎設置學院,學院數(shù)量眾多,內部學科包容量較少,專業(yè)劃分過細,忽略了跨學科與交叉學科的發(fā)展。導致交叉復合型人才缺失。
3.5科研院所產業(yè)轉化不足是當前主要問題,未來將主要加強基礎研究及科企協(xié)作推動科技成果轉化
科研院所在未來一段時間內仍將是生物育種資源最豐富、育種人才最集中的機構,但其育種往往以申請項目和課題形式進行,以科研院為主導的分子育種方向帶來的弊端相對明顯,育種研發(fā)與市場需求脫節(jié),對基礎性、長期性、戰(zhàn)略性研究重視不足,導致研發(fā)成果往往無法在實際市場中落地推廣,產業(yè)轉化不足。
3.6中國分子育種核心專利布局亟需重視及突破,且知識產權保護尚未充分發(fā)揮作用
國家知識產權局知識產權發(fā)展研究中心研究員王雷介紹,雖然中國分子標記育種專利申請量最多,但是關鍵核心技術仍有待突破。除以上問題外,在專利分布上,中國生物育種產業(yè)還存在專利布局缺乏基礎核心專利的情況。
05中國分子育種產業(yè)
的發(fā)展路徑和戰(zhàn)略舉措
分子育種政策持續(xù)完善,推動行業(yè)快速發(fā)展
分子育種已成為國際主流育種手段,各國政策不同也驅動著產業(yè)發(fā)展深度和方向不同。在轉基因和基因編輯領域,政策導向直接決定產業(yè)發(fā)展。政策對新技術應用的逐步放開,極大促進了分子育種行業(yè)發(fā)展,政府需要引導協(xié)調種業(yè)領域的不同平臺和機構密切合作交流,實現(xiàn)多學科交叉融合的目標;在這個基礎上,政府還需要進一步推動多維度、多領域、多學科的數(shù)據(jù)融合,打破數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象,從而滿足先進智能育種技術的快速發(fā)展的需求。這將有助于中國育種產業(yè)快速發(fā)展,進一步促進農業(yè)快速發(fā)展。
強化種質資源庫建設和產業(yè)應用
種質資源是分子育種的基本材料,是育種的基礎。然而目前,中國種質資源庫保存與應用仍有較大差距,這需要市場及行業(yè)的及時介入,把現(xiàn)有資源充分利用開發(fā),企業(yè)也將在其中發(fā)揮重要作用。
進一步深化分子育種產學研跨領域溝通
分子育種快速發(fā)展需要產業(yè)鏈各方緊密配合,深化科研院所與種企之間的協(xié)作,形成分工明確的技術研發(fā)與產業(yè)化體系,這需要頂層規(guī)劃與政府的大力支持。
企業(yè)引領分子育種行業(yè)發(fā)展
當前中國分子育種正在逐漸向企業(yè)主導發(fā)展,市場化機制正在逐漸建立。面向未來,分子育種企業(yè)需要緊緊把握國內育種產業(yè)變革機遇,超前籌劃分子育種產業(yè)化應用,科研院所、育種服務商及頭部種企加大在智能分子設計育種技術領域的研發(fā)力度,強化合成生物學、多組學、基因型大數(shù)據(jù)平臺等技術的投入,推動中國種業(yè)國際化發(fā)展。
為推動中國種業(yè)快速提升研發(fā)能力,一方面,建議種企通過強強聯(lián)合和兼并重組進行優(yōu)勢互補,提升市場占有率,通過市場優(yōu)勢提高盈利能力反哺企業(yè)研發(fā)投入。另一方面,加強企業(yè)間或與科研院所間的研發(fā)合作,通過共建技術平臺、籌建聯(lián)合育種研發(fā)平臺等方式,降低研發(fā)風險,完善育繁推一體化建設,提升企業(yè)自助創(chuàng)新能力。
智能分子育種需要復合型人才持續(xù)儲備
智能分子育種是一項綜合學科,需要匯集多方面人才,這些專家人才的通力合作才能使得智能分子育種成為現(xiàn)實。目前,行業(yè)內非常缺乏既懂得生物知識又理解計算機技術的復合型人才。
科研院所匯聚了中國最優(yōu)秀的育種人才,要推動新時代的智慧育種體系建設,就要推動科研院所人才有序流向企業(yè)。當前國內已有部分省市在積極推動科研人員流向企業(yè)。以湖南為例,湖南省農業(yè)局在人才引進、人才資源配置、人事管理等方面落實了多項政策,總結出“留職服務、兼職服務、辭職服務和本職服務”四種模式,有力的打通了科研人員流向企業(yè)的渠道,為企業(yè)提供了研發(fā)力量。
知識產權保護是分子育種行業(yè)發(fā)展的“護城河”
知識產權保護對分子育種產業(yè)發(fā)展起到舉足輕重的作用,不僅可以鼓勵創(chuàng)新、吸引投資,還有助于維護市場秩序、鼓勵合作、促進技術轉移等,目前,中國分子育種知識產權體系尚不完善。需要進一步完善相關法律法規(guī),為企業(yè)營造出良好的競爭環(huán)境。
分子育種與農業(yè)數(shù)字化有機結合,促進農業(yè)發(fā)展智慧化變革
分子育種技術創(chuàng)新是農業(yè)科創(chuàng)創(chuàng)新的起點,農業(yè)數(shù)字化是分子育種技術價值實現(xiàn)的放大器。面向未來,推動中國農業(yè)科技創(chuàng)新與產業(yè)發(fā)展,要將分子育種技術與農業(yè)數(shù)字化相融合,通過數(shù)字化轉型推進智慧三農發(fā)展,讓分子育種成為鄉(xiāng)村振興、農業(yè)發(fā)展、農村穩(wěn)定、農民增收的重要一環(huán)。
分子育種是確保中國農業(yè)高質量發(fā)展的基礎支撐,更是三農數(shù)字化持續(xù)推進的重心。2023年,分子育種行業(yè)迎來商業(yè)化進程顯著推進,當前關鍵技術突破數(shù)據(jù)要素積累正在全面發(fā)生,智慧育種厚積薄發(fā)。未來,中國將形成以企業(yè)為核心,以技術為驅動,以服務體系為生態(tài)的智慧育種全面發(fā)展。
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