高油酸大豆使用了現(xiàn)在流行的植物基因編輯技術(shù)，該技術(shù)是國(guó)際育種熱點(diǎn)，催生了諸多變化，有望讓種子作為農(nóng)業(yè)芯片取得革命性的進(jìn)步。有媒體采訪(fǎng)了國(guó)內(nèi)多個(gè)植物基因編輯一線(xiàn)科學(xué)家和相關(guān)企業(yè)的創(chuàng)始人，該領(lǐng)域已成為創(chuàng)業(yè)熱土，多位科學(xué)家走出科研院所創(chuàng)立公司，吸引眾多風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)的青睞。

改變

從外觀上看，基因編輯過(guò)的高油酸大豆和普通大豆沒(méi)有區(qū)別，但對(duì)人體健康更為友好。

朱健康介紹，油酸是一種單不飽和脂肪酸，被稱(chēng)為″血管的清道夫″，油酸含量決定了油的品質(zhì)，采用高油酸油加工的食品能有效降低反式脂肪酸的含量，從而起到降低膽固醇、降低血脂以及預(yù)防心血管疾病的作用。

心腦血管疾病是人體健康的第一殺手， 比癌癥對(duì)健康威脅還大。

學(xué)術(shù)界將油酸含量在75%以上的食用油認(rèn)定為″高油酸油″(國(guó)標(biāo)為70%)。舜豐生物采用新技術(shù)，編輯了兩個(gè)關(guān)鍵基因，調(diào)控大豆的脂肪酸合成通路，培育出高油酸大豆，榨出的大豆油油酸含量能夠達(dá)到80%以上，最高可達(dá)85%，是普通大豆油油酸含量的4倍，比橄欖油還高。

目前，中國(guó)每年進(jìn)口近億噸大豆，基本上用來(lái)榨油。

海外已經(jīng)有一些基因編輯產(chǎn)品上市，比如日本東京Sanatech Seed公司的高γ-氨基丁酸（GABA）西紅柿，GABA含量是普通西紅柿的4到5倍。日本官方稱(chēng)，經(jīng)過(guò)基因編輯的西紅柿，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)，不需要經(jīng)過(guò)安全性審查。

這種西紅柿通過(guò)CRISPR-Cas9基因組編輯技術(shù)敲除CaMBD基因，提高了谷氨酸脫羧酶的活性，從而催化谷氨酸脫羧成為GABA，使GABA的含量提高4到5倍。有研究稱(chēng)，攝入一定量的GABA具備改善機(jī)體睡眠質(zhì)量、降血壓等生理功效。高GABA含量，成為基因編輯番茄最大的賣(mài)點(diǎn)。

今年5月，美國(guó)餐館出現(xiàn)了一款基因編輯芥菜，被剔除了尖銳、熱辣、刺鼻的味道，可以作為沙拉或主菜，從而替代沒(méi)有多少營(yíng)養(yǎng)的生菜。推出無(wú)辣味芥菜這家公司，還要推出無(wú)籽漿果、無(wú)核櫻桃等產(chǎn)品。

以前，種植馬鈴薯都是塊莖克隆繁殖，消耗大還會(huì)積累毒素?，F(xiàn)在，云南德宏州的一塊農(nóng)田里，正在使用種子種植馬鈴薯，已經(jīng)培育了幾年。

以前種植的馬鈴薯是4倍體，可以結(jié)種子，但后代參差不齊。2倍體馬鈴薯不能結(jié)種子，但是方便控制遺傳?？茖W(xué)家希望培育2倍體馬鈴薯，解決2倍體馬鈴薯不能結(jié)種子的問(wèn)題，通過(guò)種子進(jìn)行繁殖培育。

2018年到2019年，中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)黃三文團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因編輯技術(shù)敲除了控制馬鈴薯自交不親和的S-RNase基因，篩選到了S-RNase的天然突變體，并克隆了來(lái)自野生種的自交親和基因，徹底解決了自交不親和的問(wèn)題。今年，黃三文獲選中國(guó)科學(xué)院院士。

″此前，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)煙草之類(lèi)農(nóng)作物中，就是由這個(gè)基因控制自交問(wèn)題，煙草和馬鈴薯是一個(gè)科，可以推測(cè)也是由該基因在起作用?！逯袊?guó)農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員張春芝接受證券時(shí)報(bào)記者采訪(fǎng)時(shí)表示。

張春芝所在團(tuán)隊(duì)培育的″優(yōu)薯1號(hào)″馬鈴薯每畝產(chǎn)量接近3噸，接近主流種植的4倍體品種。馬鈴薯種子只有芝麻的1/6，種植1畝地只需要2克種子。以前，種1畝馬鈴薯需要200公斤的塊莖，栽培、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中的損耗比一般的糧食種子更高。

馬鈴薯是我國(guó)第四大主糧，每年產(chǎn)量1億噸，種植需要消耗1000萬(wàn)噸以上馬鈴薯塊莖。如果大面積使用種子種植，生產(chǎn)出的馬鈴薯就基本上都可以用來(lái)消費(fèi)。

新工具

作物性狀和基因的對(duì)應(yīng)關(guān)系，要靠科學(xué)家們曠日持久的研究來(lái)確定。有時(shí)候，多個(gè)基因共同決定一個(gè)性狀。

蘇州齊禾生科生物科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人和首席技術(shù)官趙天萌表示，植物品種繁多，僅水稻就有幾千個(gè)品種。不同品種的基因組差別很大，研究者把各種各樣背景的水稻做基因組比對(duì)，看有什么不同，然后列出候選基因，逐個(gè)驗(yàn)證基因與性狀的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這是耗時(shí)長(zhǎng)久但必要的工作。

發(fā)現(xiàn)了基因和性狀之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，需要操控基因作出改變。早期的鋅指核酸內(nèi)切酶（ZFN）技術(shù)和類(lèi)轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物核酸酶（TALEN）技術(shù)，雖然已經(jīng)可以對(duì)基因進(jìn)行定點(diǎn)編輯，但成本更低、操作更簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確度更高的CRISPR-Cas9技術(shù)問(wèn)世后，迅速取代了前兩種基因編輯技術(shù)。

現(xiàn)在說(shuō)起基因編輯，基本上指的都是CRISPR-Cas9技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)2012年問(wèn)世，掀起了一場(chǎng)革命，技術(shù)發(fā)明者在2020年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這也是近些年基因編輯獲得如此多進(jìn)展的核心原因。

基因編輯技術(shù)是對(duì)基因進(jìn)行DNA片段插入或者敲除，以改變生物遺傳性狀的技術(shù)。它與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)不同，轉(zhuǎn)基因是把外源基因轉(zhuǎn)入生物的染色體中，而基因編輯技術(shù)是對(duì)原有基因進(jìn)行修改。

″太空育種的本質(zhì)，就是讓種子暴露在太空射線(xiàn)下，讓宇宙射線(xiàn)輻射打斷種子的某些DNA再愈合。這些種子會(huì)產(chǎn)生哪些特性，射線(xiàn)無(wú)法控制，也無(wú)法知道種子DNA有哪些變化，有很大偶然性，獲得成功的概率很低。″朱健康表示，基因編輯是剪斷DNA，和太空育種一樣。

深圳市作物分子設(shè)計(jì)研究院副院長(zhǎng)唐曉艷2010年開(kāi)始研究潔田稻，用化學(xué)誘變的方式，獲得了一個(gè)新的抗ALS抑制劑類(lèi)除草劑的水稻突變體?；瘜W(xué)誘變也和太空育種類(lèi)似，都是刺激植物種子DNA作出改變。

把100多公斤誘變的水稻種子播在60多畝的試驗(yàn)田里，收獲了12噸種子，精挑細(xì)選2噸種子再次播種，開(kāi)始噴灑除草劑，最終得到一株抗除草劑的水稻。這被稱(chēng)為潔田稻，每畝可綜合增加收入120元到300元不等，現(xiàn)在已經(jīng)在不少地方推廣。

唐曉艷表示，常規(guī)育種后代千差萬(wàn)別，需要反復(fù)篩選，一代代穩(wěn)定下來(lái)，高度依賴(lài)育種人的判斷力和經(jīng)驗(yàn)。″我們就肯定選不出來(lái)好的，不知道什么是真正好的。″唐曉艷說(shuō)，基因編輯技術(shù)可以讓植物在抗藥性、香味、口感、抗倒伏等方面更有針對(duì)性，覺(jué)得東北大米好吃，就可以找到?jīng)Q定基因，讓其他水稻也獲得這一性狀。

精準(zhǔn)控制

誘變育種隨機(jī)性大，有數(shù)以兆計(jì)的堿基發(fā)生變化，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，而基因編輯可以讓某個(gè)基因的特定堿基向需要的方向改變。

歷史上，將野生稻的抗病耐逆基因轉(zhuǎn)入當(dāng)前主栽品種中，一代代連續(xù)回交轉(zhuǎn)育，需要8至10年，借助基因編輯技術(shù)，這個(gè)過(guò)程可以縮短至2到3年。

朱健康表示，基因編輯可以做的事情非常多，比如產(chǎn)量提升，基因編輯能查出來(lái)某個(gè)復(fù)雜性狀，同時(shí)進(jìn)行編輯。比如除了調(diào)控大豆油酸含量，通過(guò)基因編輯還可以去大豆腥味，可以增香。

″如果農(nóng)作物本身的產(chǎn)量比作水杯，因?yàn)楹οx(chóng)和雜草，杯子裝不滿(mǎn)，如果把害蟲(chóng)和雜草的問(wèn)題解決掉，杯子就滿(mǎn)了。轉(zhuǎn)基因本身不會(huì)提高產(chǎn)量，是間接提高了產(chǎn)量?！遐w天萌表示，基因編輯可以直接提高糧食產(chǎn)量，相當(dāng)于將杯子做大了。

據(jù)趙天萌介紹，基因編輯技術(shù)經(jīng)歷了數(shù)次迭代，其中第一代CRISPR技術(shù)已被快速應(yīng)用于生命研究的多個(gè)領(lǐng)域，但其編輯存在一定的隨機(jī)性，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)作物農(nóng)藝性狀的精準(zhǔn)改良。以堿基編輯和引導(dǎo)編輯技術(shù)為主的第二代基因編輯技術(shù)已升級(jí)可以實(shí)現(xiàn)四種堿基的任意替換和短片段DNA的精準(zhǔn)插入或刪除，實(shí)現(xiàn)了由不精準(zhǔn)到精準(zhǔn)編輯的跨越。當(dāng)前，全球基因編輯技術(shù)已進(jìn)入第三代研發(fā)階段，如何能夠?qū)崿F(xiàn)高效的大片段DNA甚至染色體層面的操縱技術(shù)。齊禾生科將深度聚焦大片段基因定點(diǎn)插入技術(shù)研發(fā)。

朱健康表示，基因編輯中的編輯模塊已經(jīng)得到比較好的解決，目前比較有技術(shù)含量的是遞送問(wèn)題。

獲得上述高油酸大豆安全證書(shū)的是山東舜豐生物科技有限公司。該公司在合成生物上也有探索，比如把番茄和土豆基因組融合到一塊。

復(fù)雜難題

基因編輯還可以和其他技術(shù)一起使用。比如馬鈴薯解決了自交繁殖問(wèn)題，還要讓種子性狀更穩(wěn)定，才能走進(jìn)商業(yè)化，還需要大量后續(xù)工作，可以繼續(xù)通過(guò)生物技術(shù)，有目的地進(jìn)行培育。為了方便科研，張春芝目前長(zhǎng)期工作在昆明，靠近土豆主產(chǎn)區(qū)。她希望土豆種類(lèi)更多，口感更為豐富。

基因編輯也有難啃的骨頭，比如小麥育種被公認(rèn)為難題，因?yàn)樾←準(zhǔn)橇扼w，基因組是人類(lèi)的5.3倍，是水稻的30倍。想要摸清小麥基因組進(jìn)行控制非常困難。

″現(xiàn)在還很難，主要是因?yàn)樾←溁驁D譜沒(méi)有摸清楚，連豐產(chǎn)的基因都還沒(méi)搞清楚，基因和性狀的關(guān)系不明顯?！逡晃恍←溣N專(zhuān)家表示。

即使在這個(gè)很難的領(lǐng)域，基因編輯也做了一些改變。

比如中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所基因組編輯中心主任高彩霞在解決小麥白粉病問(wèn)題上，就使用了基因編輯技術(shù)。

白粉病是農(nóng)作物的一種常見(jiàn)病害，受害物種包括小麥、大麥、西紅柿、草莓、黃瓜等。60年前，大麥育種家通過(guò)傳統(tǒng)育種方法，成功培育出抗白粉病的品種。經(jīng)過(guò)分析，抗白粉病的大麥原因是該突變體中有一個(gè)基因被剔除。但是小麥?zhǔn)?倍體，有3套基因組，如果沒(méi)有基因編輯技術(shù)，要想沒(méi)有白粉病，要把3個(gè)拷貝同時(shí)敲除的概率非常低?；蚓庉嫾夹g(shù)則可以精準(zhǔn)定位和修改基因，同時(shí)敲除3個(gè)基因。

朱健康介紹，基因編輯技術(shù)有利于解決丙烯酰胺問(wèn)題。據(jù)了解，小麥之所以會(huì)在熱加工后產(chǎn)生丙烯酰胺，是因?yàn)樾←溨泻械陌被崽於０?，在加工處理后轉(zhuǎn)化為致癌物丙烯酰胺。有科學(xué)家通過(guò)″敲除″天冬酰胺合成酶基因TaASN2，從而生產(chǎn)超低天冬酰胺含量的小麥。

投資風(fēng)口

趙天萌博士畢業(yè)于哈佛大學(xué)，師從著名基因編輯專(zhuān)家劉如謙，和2020年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Jennifer Doudna合作發(fā)表論文2篇。2021年9月,趙天萌和高彩霞等共同創(chuàng)立了齊禾生科。齊禾生科目前已實(shí)現(xiàn)的成果包括小麥抗白粉病、水稻抗除草劑、甜度草莓、高VC生菜等。

趙天萌介紹，公司業(yè)務(wù)分為生物育種和基因編輯工具兩個(gè)方面，他本人負(fù)責(zé)后者，也要研究生物育種以便技術(shù)能夠落地?！逦覀儸F(xiàn)在遞交了不少農(nóng)作物品種安全證書(shū)申請(qǐng)，另外在基因編輯開(kāi)發(fā)工具上，很快就會(huì)實(shí)現(xiàn)出口?！妪R禾生科正在專(zhuān)注于玉米和大豆的新性狀開(kāi)發(fā)，包括如何提高它的產(chǎn)量、蛋白含量和油含量，以及對(duì)一些抗病抗蟲(chóng)抗除草劑的耐藥性。其研發(fā)的基因編輯工具還可以用于人體治療藥物研發(fā)。

舜豐生物布局了四大產(chǎn)品研發(fā)管線(xiàn)，高產(chǎn)的水稻、小麥、玉米，抗除草劑的水稻、大豆，適合工業(yè)加工的高直/支鏈淀粉玉米、水稻，高GABA番茄、高維生素C生菜等營(yíng)養(yǎng)健康新品種已具備商業(yè)化條件。該公司也開(kāi)發(fā)了基因編輯工具，目前已實(shí)現(xiàn)出口。在國(guó)內(nèi)其基因編輯工具位于前列。

唐曉艷表示，″目前科研院所基本上還在使用海外的基因編輯工具，如果投入到商品中，就牽涉到知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)基因編輯工具目前也有所突破?！?

″轉(zhuǎn)基因應(yīng)用范圍受限，基因編輯可以發(fā)揮的空間很大，可用范圍廣，結(jié)果也更豐富，會(huì)更有商業(yè)前景。″朱健康表示。他認(rèn)為轉(zhuǎn)基因?qū)ρ芯恳缶珳?zhǔn)，需要很多年積累，技術(shù)容易掌握在少數(shù)公司手中，基因編輯產(chǎn)業(yè)容易形成百花齊放，催生出諸多公司。

2022年3月，齊禾生科完成逾億元人民幣種子輪融資，杏澤資本獨(dú)家投資；時(shí)隔一年，2023年4月，完成超億元Pre-A輪融資，由辰德資本領(lǐng)投，源碼資本、高榕資本、中新資本及新尚資本參與跟投。舜豐生物由新動(dòng)能基金等公司多輪投資超億元。

去年12月，基因編輯育種公司艾迪晶生物宣布獲得數(shù)千萬(wàn)元天使輪融資，由濟(jì)峰資本領(lǐng)投，涌鏵投資跟投。隆平生物在去年8月拿到了新一輪投資，紅杉中國(guó)領(lǐng)投。