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生物育种:2022年为何是供给侧改革元年(上)

我的朋友吴云飞,在听完我讲CXO企业和创新药的演化史之后,跟我说,“管线”这个词除了医药研发在用,农业育种行业也在用。农业育种和医药研发的流程非常相似,都是要经历大量筛选的“数字游戏”。

吴云飞这半年正好在看中国的育种行业。他跟我说,2022年中国的育种行业跟2015年的医药行业很类似,也正在迎来行业的供给侧改革,种业规模虽然没有医药的产业规模大,但也会借助这个机会完成一次巨大的技术迭代和产业升级。有一些跑得快的新种子会在2022年就被卖给农民,种到地里,然后在2023年为中国的种植业贡献更高的亩产量和更优质的粮食。

种子那可是农业芯片。这个变革如果成真,那还真是卡着时间回应了中国关心的种业振兴和粮食安全问题。为什么吴云飞笃定这件事会发生呢?他说,因为种子行业正在出现三个变量。

等他跟我讲完,我发现2022年对种业来说,还真的是跟医药行业的2015年有相似之处,于是我去做了一些补充的功课,也想跟你聊一聊,提醒你留意种业将要发生的这一场供给侧改革。也提醒你注意,中国的种业正在踏入生物育种时代。

我们还是按照吴云飞说的三个变量来讲。

 

 

第一个,大环境的变化。

整个世界当下正在进入一个叫“育种4.0”的时代。

国际育种界公认的育种技术分成四代:第一代,是杂交育种,代表作品就是你很熟悉的袁隆平院士在1970年代研发的杂交水稻;第二代叫分子标记育种,这个我们不解释了;第三代叫转基因育种,第四代的技术代表是基因编辑育种。

这个基因编辑育种时代,也就是当下的育种4.0时代,在这个时代里,世界各国都在竞争基因编辑育种的技术制高点。

我们稍微解释一下。基因编辑和转基因都是生物育种技术,都是通过改变生物基因来改变生物的性状。这类技术用在植物基因里,可以让植物不容易倒伏,不容易招虫子,果实的产量更高,口感更好等等。

但实际上,转基因和基因编辑存在一个最关键的技术区别:在改造生物基因的时候,有没有往原有基因里加入外源基因。

中国科学院院士李家洋打过一个比方:如果编辑改文章的时候,自己加了一段,这就是转基因;如果编辑只是修改字词,没有往文章里加东西,这个就是基因编辑。

目前世界上有十多个国家,美国、日本、阿根廷、以色列、智利、加拿大、澳大利亚等等,都把基因编辑作物和转基因作物分开监管了。但是欧盟仍然是把基因编辑产品算在转基因产品里统一监管的。

中国开始有自己的种子产业,是在2000年启动了“种子工程”之后。中国种业刚起步的时候,国际上的先锋、孟山都这类跨国种业公司已经有很成熟的全球布局和技术积累了。等于说中国种业当时一起步就是落后的。

但这次不一样,全球的育种4.0时代都刚启动不久,基因编辑技术在种业的应用时间还不长。中国跟世界其他国家一样,都是从2013年以后开始投入研发的。这就跟我们在生物创新药领域的处境很相似了:起跑线大家都差不多,完全有机会在生物育种技术这件事上弯道超车。

与此同时,中国和很多国家在过去的四五年里,又有很强的紧迫感,都在要求自己掌握尽可能多的自主育种技术。

为什么呢?还是大环境在变嘛。

2018年开始的中美贸易摩擦说明,一个国家的半导体芯片能够被卡脖子,种子作为农业芯片也一样可能被卡脖子。

而2022年爆发的俄乌战争又说明,如果没有自主粮食能力,那别人家的麻烦可能就会成为我们自家的粮食危机。俄罗斯占全球小麦出口总量的18%,乌克兰占10%。这两家一打起来,不但耽误本国的耕种,也耽误全球的化肥供给,所以到了现在全球已经有23个国家实施了粮食出口限制,不舍得把粮食卖给别的国家了。

中国把自己的耕地红线划定为18亿亩,就是为了保自己的粮食安全。但即便有18亿亩的红线在,我们仍然有20%的粮食是要从海外进口的。尤其是大豆,光是2021年就进口了9653万吨,对外依存度高达85.5%。这些年有不少中国人跑到巴西、阿根廷去种大豆,跑到乌克兰去种小麦,再把粮食卖回中国。这也相当于中国在海外租用了一部分耕地,这些海外耕地的确定性也不如国内的18亿亩。

所以这些环境变故,都要求中国得提升自己的农业效率。

 

 

第二个变量,在过去的十年里,全世界涌现了一批关键技术,能够大幅地提升农业研究者们的育种研发效率。

前面我们说过,生物育种的研发流程跟药物研发很像,都得进行海量试验和海量筛选。

一条药物管线是靠不断做实验,不断记录数据,来从几万种化学分子里挑出效果最好的那一种。同样的,一条种子的管线也是要靠不断地授粉、配组,不断地记录数据来从几万份候选的种子里面挑出最令人满意的那一份。而且植物的生长还有季节规律,研究员还得跟着农作物的种植周期走,没个十年八年研究不出成果。

那怎么能够缩短这巨大的时间成本和人力成本呢?

种业公司们当然也有一些非常灵巧的辅助手段,比如说国际巨头孟山都在2000年代,就推出了一项独有的技术设备,叫种子切片机。

种子切片机能够直接从种子上面切下非常微小的一片材料,来提取它的DNA进行分析,从而推断它日后能够长成什么样。这样一来,就不用等这颗种子亲自长大,再去测量它多高、多壮、多高产了。这颗种子要是不符合要求就放弃,符合要求再把它种到地里。它之前经历的切片手术只是一个微创手术,完全不影响它正常发芽生长。

中国也有中国的别样智慧。中国在1950年代就发明了一种提速的办法:利用国土的跨纬度优势,搞南繁北育。也就是9月份跑到海南去做育种试验,到了5月份又带着育种材料们从南方赶往内蒙和东北,充分利用地理气候,让种子们一年过两个夏天,长出两代甚至三代来。你记得我们还讲过一种跟着气候迁徙的人吗?苏翊鸣这样的滑雪运动员,也是跟着雪线走。

所以你下次去三亚玩,别只惦记着海滩,也可以看看有没有机会逛逛崖州湾。三亚的崖州湾有一个外号叫“南繁硅谷”,主打的就是农业芯片的攻关,国内几乎所有的种业公司和科研机构都在那里设有育种基地。

第二类提升效率的办法是这些年很流行的智能化、数字化。这些技术,育种研究也可以用上。比如说最简单的,在以前,科研人员得在田间地头,拿尺子一棵棵地量植物的株高、叶面和叶宽,现在用上数字化手段,用摄像头和软件就能够测量这些指标。这两年疫情,南繁基地还给各家的科研机构提供育种代管服务,开着视频就帮客户完成收种、晾晒、选种和收储的工作。当然了,除了这些最简单的,基因标记、基因数据分析都可以用数字化和智能化手段来做。

我要重点跟你说的第三类技术,就是基因编辑技术。这是一项推动行业变革的最关键技术,它真正推动了全世界的生物育种进入4.0时代。

在传统育种时代,传统育种技术创造的基因变异是随机的,只能用漫长的时间和巨大的工作量去等最优答案的出现。而基因编辑技术的原理相当于来图定制,这就让基因编辑变得高效可控了。

最具开创性的基因编辑技术是什么呢?是2012年,美国加利福尼亚大学的研究者詹妮弗·杜德娜发现了一种简单有效的基因编辑工具,并给它起名叫CRISPR/Cas9,我们不去死磕它的原理了,总之它像一把非常精确的剪刀,可以自动导航到任何生物基因特定的DNA序列位置,把它修剪掉。Cas9这把剪刀用完了还可以从生物基因里分离出去,不会留在基因组里。

Cas9这把基因剪刀一被发现,可以说为全人类的生物和医学探索开创了新未来。詹妮弗·杜德娜因此拿到了2020年的诺贝尔化学奖。全世界的农业作物基因编辑研究自然也就突飞猛进。比如在中国这边,中科院遗传发育所有一位名叫高彩霞的科学家,就借助Cas9技术,在2014年解决了一个世界难题,实现了小麦抗白粉病的重大突破。

杜德娜发现Cas9之后,也启发了全世界很多科学家,也去研发Cas类的基因编辑工具。

中国这边在2018年也有了这方面的突破。2018年,中国农业大学教授赖锦盛也发现了两个新型基因编辑工具,一个叫Cas12i,一个叫Cas12j,这两个Cas12工具比Cas9更小,同时又保留了Cas9的精准编辑能力。等于说,基因编辑工具卡脖子问题,中国也开始解决了。

多说一句,赖锦盛教授研发和完善Cas12工具的过程当中,他也有一家很有意思的合作方。这是一家山东公司,名叫“舜丰生物”。舜丰生物是国内第一个精准基因编辑工程化研发平台。怎么说呢?我们可以把它理解成生物基因编辑的CRO平台,生物育种领域的药明康德。

 

 

下一讲我们继续来讲推动中国种业供给侧改革的第三个,也是最重要的变量:产业政策的变化。

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