2022年中国农业分子育种行业发展白皮书.pdf

20222022年中国农业分子育种行业发展白皮书年中国农业分子育种行业发展白皮书亿欧智库 https:/ reserved to EO Intelligence,August 2022亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)前言前言2 民以食为天，农业安全是国家安全的重要基石。“种子是农业发展的芯片”，发展生物育种技术，是发展现代农业、解决农业安全问题的重要支撑。现阶段，生物育种已经被列入我国科技发展的重大战略方向之一，抢占生物育种技术及其产业发展制高点，也已经成为各国增强农业产业核心竞争力的重大战略选择。农业生物育种共分为四个阶段：1.0原始驯化选育阶段、2.0常规育种阶段、3.0分子育种阶段、4.0智能育种阶段。当前国际种业已经逐渐从3.0分子育种迈入4.0智能育种阶段，中国生物育种正处于2.0常规育种向3.0分子育种阶段发展。面临国内外生物育种技术的巨大差异以及日益动荡的国际局势，发展分子育种技术、推动分子育种产业化应用，既是保障中国农业安全的必然要求，也是中国生物育种产业从业者面临的重大机遇。党的十八大以来，系列政策发布推动生物育种技术攻关与产业化应用，2021年，中央一号文件首次单独提出推动种业发展，打好种业翻身仗。“风起于青萍之末”，在政策的持续推动下，中国分子育种产业正以“星星之火”之势迅速崛起，生物育种技术的突破、产学研用合作机制及种业CRO模式的发展、龙头种企兼并购推动研发投入的增长、科研院所与种企紧密结合的新商业育种体系的建立将共同推动中国种业迈入新的征程，满足人民群众“吃得好、吃得健康、吃得安全”的诉求，保障“中国人的饭碗牢牢端在自己的手上”。本报告由华大智造与亿欧智库联合发布，通过华大智造分子育种产业推动者视角、亿欧智库行业洞察者视角以及产业内企业、科研院所、大学等参与者视角，梳理了中国种业发展历程，对比了国内外分子育种技术发展与产业应用现状，对分子育种产业链及主要参与者进行了分析，并针对当下中国分子育种产业发展面临的挑战提出了行业建议，希望能够让更多产业从业者了解中国分子育种发展现状与发展机遇，为推动中国分子育种产业发展做出一份贡献。备注：本报告作物种企主要包括作物育种企业和作物种子育繁推种植企业，畜禽水产种企一般指畜禽水产企业布局生物育种的企业。亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)卷首语3国内外分子育种技术及理论方面没有太大差距，关键在于如何解决技术端对产业端的需求及技术端如何更好的与产业端相结合这最后一公里的问题。胡晓湘胡晓湘中国农业大学中国农业大学教授教授华大智造测序仪在逐渐加大研发满足育种高通量、低成本、稳定性的要求，而未来实验室自动化的建设也将为分子育种产业的数据全流程分析与应用带来变革性的价值。蒋慧蒋慧华大智造华大智造首席运营官首席运营官全基因组选择逐渐在动物育种领域得到应用，温氏股份联合中国农大、华大智造搭建的全基因组选择第三代基因分型平台，打破了国际技术垄断，较常规芯片方法能够提高5%40%以上的基因组选择准确率。吴珍芳吴珍芳温氏股份温氏股份副总裁副总裁目前国外种企研发集团化作战，而国内种企尚无法享受行业高集中度带来的红利，通过关键共性技术平台能够推动生物育种底层核心技术广泛应用，让全社会享受先进生物育种技术研发的服务。王朝辉王朝辉华智生物华智生物副副总裁总裁当前种业系列政策是比较精准的：逐步放开新的技术应用；通过统一大市场提升种业集中度和研发能力；加强知识产权保护。岳震岳震海南华大生命科学研究院海南华大生命科学研究院院长院长种业CRO能够帮助种业研发单位降低研发成本、提高效率，未来种业CRO企业将逐渐实现能力圈构建，实现全产业链覆盖，为客户提供系统级解决方案。张嘉楠张嘉楠博瑞迪博瑞迪总经理总经理备注：排序以姓氏首字母为准亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)中国种子行业进入发展变革期010102020303分子育种技术研究分子育种产业化应用情况研究0404分子育种产业链分析0505中国分子育种产业发展建议目录目录C O N T E N T S亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)一、中国种子行业进入发展变革期亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)中国农业供给能力不断增强，但农业安全仍面临较多挑战6 中国农业综合生产能力和供给保障能力不断增强，各类农产品供应日益丰富，总体上解决了农产品总量不足的矛盾，三大主粮自给率98.75%，实现了由“吃不饱”到“吃得饱”的转变，现在又开始由“吃得饱”向“吃得好、吃得健康、吃得安全”转变。要保证中国农业安全，必须保证“中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己的手上”，然而当前中国农业仍面临较多挑战：全球气候变化对农业生产带来较大冲击、非洲猪瘟等疾病、逆全球化趋势下国际贸易不确定性让粮食进口及种子供应面临断供风险。亿欧智库：中国农业安全面临挑战亿欧智库：中国农业安全面临挑战虫害与疾病影响虫害与疾病影响草地贪夜蛾等外来物种入侵、非洲猪瘟等疾病的发生，一定程度上造成我国农产品减产风险和进口增加风险，而缺少本土天敌及抗药性等则增加了作物病虫害的防治难度，转基因抗病虫害品种的审定与产业化进程仍处于早期阶段。国际贸易影响国际贸易影响当前逆全球化思潮下，国际贸易不稳定性、不确定性加剧，全球产业链布局由“效率至上”转向“安全至上”，农业安全作为国家安全的根基，也将受到影响。当前中国农业产业链中，生物育种、数字化、机械化技术的应用尚与海外发达国家有一定差距，存在因国际贸易冲突而受到影响的可能性。气候异常影响气候异常影响气候变化对动植物的影响是多种多样的。气温上升会加速植物的生长和发育，但高温同样降低作物产量，也会影响动物繁育能力。暴雨、冰冻等气候灾害也会影响农业基础设施，降低农业生产水平和效率。亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)中国农业长期重生产、轻育种，种企格局分散、科技创新投入少7 研发能力是种业竞争的关键，然而中国农业长期重生产、轻育种，中国种业企业育种研发薄弱，研发投入与海外种业国际公司相比差距较大。2019年中国全部种子企业研发投入仅42亿人民币，而拜耳作物科学种业业务研发支出则高达109亿。中国种业企业行业集中度低、企业规模小，又进一步限制企业科技投入能力。2020年全球种业CR5达52%，中国种业CR5仅占12%；2020年全球种猪CR3达到47%，国内则极度分散，CR5仅占5%。来源：Kynetec、中国农业技术推广服务中心、灼识咨询、PIC全球市场报告、头豹，亿欧智库整理分析42109中国全部种子企业拜耳作物科学种子业务亿欧智库：亿欧智库：20192019年中国种企年中国种企VSVS全球种企科研投入全球种企科研投入（亿元）（亿元）20%17%7%4%4%48%拜耳拜迪华先正达集团巴斯夫Vilmorin其他4%3%2%2%1%88%隆平高科先正达集团北大荒垦丰江苏大华种业广东鲜美种苗其他亿欧智库：亿欧智库：20202020年全球种业市场份额年全球种业市场份额23%14%10%53%PIC（美国）Dan Avl（丹麦）Topigs Norsvin（美国）其他亿欧智库：亿欧智库：20202020年全球种猪市场份额年全球种猪市场份额5%95%CR5其他亿欧智库：亿欧智库：20202020年中国种业市场份额年中国种业市场份额亿欧智库：亿欧智库：20202020年中国种猪市场份额年中国种猪市场份额亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)耕地红线背景下，提高单产、发展种业是保障中国农业安全的核心8 中国是粮食生产大国和需求大国，同时也是世界第二大种子需求国，种子市场的安全对于中国粮食安全具有决定性影响种子市场的安全对于中国粮食安全具有决定性影响。尽管中国坚守18亿亩耕地红线，但中国耕地资源仍呈现下降水平，对于粮食生产的约束条件越来越多，在这样的背景下，提高单产是保障中国提高单产是保障中国农业安全的核心农业安全的核心，而发展种业则是提高单产的核心因素而发展种业则是提高单产的核心因素。根据农村农业部数据，当前我国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%，良种对粮食增产良种对粮食增产、畜牧业发展的贡献率分别达到畜牧业发展的贡献率分别达到4545%、4040%，为我国粮食连年丰收和重要农产品稳产保供提供了关键支撑。良种对畜牧业发展贡献率良种对畜牧业发展贡献率良种对粮食增产贡献率良种对粮食增产贡献率124000126000128000130000132000134000136000201320142015201620172019亿欧智库：亿欧智库：20132013-20192019年中国耕地面积（千公顷）年中国耕地面积（千公顷）亿欧智库：良种对农业增产的贡献率亿欧智库：良种对农业增产的贡献率来源：农村农业部，亿欧智库整理亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)种业是农业发展的“芯片”，是保障农业自主可控的基础9 种业是农业发展的“芯片”，是建设现代农业的标志性、先导性工程,也是国家战略性、基础性产业。种子/种苗位于农业产业链上游，是农业科技进步的最重要载体，种业技术的创新，带动着耕作栽培、植物保护、农业工程、农业环保、农产品加工等领域的发展。面临全球经济不确定性及逆全球化思潮蔓延，全球国际贸易稳定性和供应链安全不断受到挑战，推动种业技术的攻关与创新，是保障农业自主可控的基础和保障粮食安全的核心要素。来源：产业链整理自亿欧智库2021中国农业生产数字化研究报告种子种子化肥农药农机装备种苗种苗饲料疫苗兽药种植养殖播种施肥除草灌溉病虫害防治繁育病虫害防治饲养环境清理粮食谷物油料作物蔬菜水果经济作物肉制品乳制品水产品其他批发市场批发市场批发市场农资供应农资供应农产品种植农产品种植/养殖养殖农副产品加工农副产品加工农产品交易农产品交易亿欧智库：种子亿欧智库：种子/种苗是农业产业链的“芯片”种苗是农业产业链的“芯片”亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)发展分子育种是乡村振兴的重要落脚点10 中共中央国务院印发乡村振兴战略规划（2018-2022年），提出20222022年粮食综合生产能力超过年粮食综合生产能力超过6 6亿吨亿吨，农业科技进步贡献率达农业科技进步贡献率达6161.5 5%，农业劳动生产率达农业劳动生产率达5 5.5 5万元万元/人人。发展分子育种，是乡村振兴的重要落脚点。加强种质资源保护，开展分子育种创新攻关，将带动无人机植保、水肥一体化、智能环境监测等农业现代化技术的进步，也将进一步推动农业生产力大幅提高，以小种子撬动乡村振兴大格局。发展分子育种发展分子育种，是乡村振兴的重要落脚点是乡村振兴的重要落脚点，是实是实现乡村振兴伟大愿景下现乡村振兴伟大愿景下“产业兴旺产业兴旺、生态宜居生态宜居、乡风文明乡风文明、治理有效治理有效、生活富裕生活富裕”的重要支撑的重要支撑。亿欧智库：发展分子育种是乡村振兴的重要落脚点亿欧智库：发展分子育种是乡村振兴的重要落脚点种质资源保护分子育种农业现代化无人机植保水肥一体化智能环境监测生长监测农业环保农产品加工乡村振兴产业兴旺生态宜居乡风文明治理有效生活富裕带动产业链技术创新亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)系列政策推动中国种业加强技术创新与产业化应用，分子育种产业链企业将顺应需求推动中国分子育种技术攻关及产业化应用11 种子产业发展离不开国家政策的大力支持，党的十八大以来，推动种业发展的系列政策发布，2021年中央一号文件更是首次单独提出种业发展，打好种业翻身仗打好种业翻身仗。以华大智造为代表的分子育种产业推动者将借助自身测序领域的先进技术联合分子育种服务商、具备优秀技术储备的高校/科研院所及种业企业，参与到种质资源库建设、生物育种创新技术攻关及生物育种产业化应用进程中。十八大以来种业政策关键词十八大以来种业政策关键词农业科技创新种业自主创新突破生物育种关键技术良种工程种质资源保护亿欧智库：系列种业政策推进种业技术创新与产业化应用亿欧智库：系列种业政策推进种业技术创新与产业化应用关于扶持国家种业阵型企业关于扶持国家种业阵型企业发展的通知发展的通知2022.082022.08 遴选阵型企业重点扶优 破难题：培育自助知识产权品种 补短板：聚焦有差距种源，缩小与国际先进水平差距 强优势：巩固强化育种创新优势，完善商业化育种体系 专业化：专业机构在科技创新等方面为育种提供支撑服务 推进“三对接”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“十四五”生物经济发展规划“十四五”生物经济发展规划2022.052022.05 生物经济创新能力提升工程 重大科技基础设施建设 国家种质资源库 国家作物表型组学 关键共性技术创新平台建设 现代种业提升工程 生物资源保藏开发工程 生物资源保藏 优化种质资源种业振兴行动方案种业振兴行动方案2021.072021.07 种质资源保护利用行动 种业创新攻关行动 启动种源关键核心技术攻关 实施生物育种重大科技项目 推进育种联合攻关 加快成果转化推广应用 种业企业扶优行动 种业基地提升行动 种业市场净化行动中央一号文件中央一号文件2021.022021.02 种质资源调查收集、鉴定和保护 加强种业核心关键技术攻关，加强基础研究和产业转化 遴选一批优势企业予以重点扶持 发展现代化农作物制种基地 净化种业市场，加强知识产权保护亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)中国种业发展经历了五大阶段，当前已经进入发展变革阶段,将逐渐迈向种业强国12 我国种业发展经历了五个阶段：“四自一辅”阶段、“四化一供”阶段、市场化改革阶段、深化改革阶段、发展变革阶段。随着种业振兴行动方案、新种子法的颁布及转基因品种审定政策的实施，中国种业正进入发展变革阶段。这一阶段，我国种业发展将聚焦生物育种技术生物育种技术的攻关与产业化应用的攻关与产业化应用，种业企业产业格局将随着不同企业种业技术的发展及兼并购发生变化、新的商业模式下的育种服务企业将会出现，我国我国将逐渐由种业大国迈向种业强国将逐渐由种业大国迈向种业强国。“四自一辅”阶段“四自一辅”阶段19491949-19781978年年“四化一供”阶段“四化一供”阶段19791979-19991999年年市场化改革阶段市场化改革阶段20002000-20102010年年深化改革阶段深化改革阶段20112011-20212021年年发展变革阶段发展变革阶段20212021-至今至今四自一辅四自一辅：实行“依靠农业生产合作社自繁、自选、自留、自用，辅之以调剂”的方针三级繁育体系三级繁育体系：在全国建立起公社良种场为桥梁，生产队种子田为基础的三级良种繁育推广体系，无商品种子市场四化一供四化一供：种子生产专业化、加工机械化、质量标准化、品种布局区域化，以县为单位统一供种”的方针建立种子基地建立种子基地：以大规模建设各类原（良）种市场和种子繁育生产基地为核心，逐步完善良种繁育推广体系拓宽市场准入拓宽市场准入：废止种业企业垄断经营，大量资本涌入，科研院所和高校纷纷建立种业企业，并被允许有偿转让科研成果种企管理体制改革种企管理体制改革：通过种子法等法规推动完善种子管理体系，推动事企分开商业化育种商业化育种：明确科研院所及高校要开展基础性、公益性研究，明确了种子企业作为商业化育种主体的地位推进育种创新推进育种创新：深化种业体制改革，扶持龙头种企发展，鼓励龙头企业整合种业资源，加强育种基地建设打好种业翻身仗打好种业翻身仗：加强种质资源保护开发，对育种基础性研究及重点育种项目给予长期稳定支持，有序推进生物育种产业化应用，加强知识产权保护，支持龙头企业建立健全商业化育种体系亿欧智库：中国种业发展历程亿欧智库：中国种业发展历程亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)分子育种技术推动中国育种发展进入3.0时代，未来将逐步进入智能育种时代13 国际上将育种发展分为4个经典阶段：育种1.0（农家育种）时代，人类驯化了大量野生植物进入农耕时代；育种2.0（杂交育种）时代育种家依赖经验并把统计学、数量遗传学和杂交育种策略应用到优良品种选育中；育种育种3 3.0 0（分子育种分子育种）时代先进的生物技术包括分子标记辅助选择时代先进的生物技术包括分子标记辅助选择、转转基因基因、基因编辑基因编辑在育种中广泛应用在育种中广泛应用；育种4.0（智能育种）时代，育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。随着新技术的不断研发与应用，育种逐渐从艺术性迈向科学性。当前部分发达国家已经逐渐进入育种当前部分发达国家已经逐渐进入育种4 4.0 0时代时代，而我国仍处于以杂交育种和分子技术辅助选育为主的而我国仍处于以杂交育种和分子技术辅助选育为主的“2 2.0 0时代时代”到到“3 3.0 0时代时代”之间之间 1 1 2 2。在新兴交叉领域技术研发方面短板明显1。随着种业政策的推动、科企联动的育种体系建设及育种技术的进步，中国育种将有望加速向智能育种时代迈进。亿欧智库：育种发展阶段亿欧智库：育种发展阶段 作物驯化 表型观察 传统经验育种艺术性艺术性1.01.0农家育种时代农家育种时代 统计学 数量遗传学 杂交育种策略 诱变育种2.02.0杂交育种时代杂交育种时代 分子标记辅助选择 转基因 基因编辑3.03.0分子育种时代分子育种时代 生物信息学 合成生物学 多组学 人工智能技术科学性科学性4.04.0智能育种时代智能育种时代中国欧美发达国家来源：1中国农业科学院副院长万建民：打好这场种业翻身仗.2瞭望|生物育种是打好种业翻身仗的重要武器专访中国科学院院士种康.亿欧智库整理亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)二、分子育种技术研究亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)分子育种技术及发展沿革 20世纪中后期以来，生命科学与生物技术的快速发展推动了分子育种技术的进步与应用。分子标记辅助选择、转基因、基因编辑等技术逐渐发展并应用于动植物育种，当前国内外分子育种在动植物育种中均得到了广泛应用，且国内在基因编辑前沿研究领域处于国际领先水平。未来随着基因编辑等技术监管的宽松、基因测序技术的进步，分子育种产业化进程将会得到进一步加速。分子育种技术类型分子育种技术类型主要技术主要技术主要应用主要应用应用案例应用案例分子标记辅助选择 分子标记辅助选择（基于少量关键分子标记）全基因组选择等（基于全基因组覆盖的分子标记）前景选择、背景选择中麦996、中麦998等转基因农杆菌介导法DNA直接插入法植物病毒介导法等作物耐除草剂、抗病虫害、抗旱性状改良抗虫耐除草剂复合性状转基因玉米、耐草甘膦转基因大豆等基因编辑 ZFNs基因编辑技术 TALENs基因编辑技术 CRISPR/Cas基因编辑技术农作物、动物、林木种质资源创制与性状改良抗结核病牛、抗布病羊、蓝耳病和流行性胃肠炎双抗猪新品种等2020世纪世纪7070年代年代第一代分子标记技术转基因尝试用于生物育种2020世纪世纪8080年代年代863计划推进转基因研究2020世纪世纪9090年代年代转基因技术产业化应用第二代、第三代分子标记2121世纪初世纪初转基因国内应用进程减缓当前当前商业化基因编辑育种品种逐渐获批上市基因编辑技术有望逐渐放开亿欧智库：主流分子育种技术发展历程亿欧智库：主流分子育种技术发展历程亿欧智库：主流分子育种技术类型及应用亿欧智库：主流分子育种技术类型及应用来源：亿欧智库根据公开资料整理15亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)基因测序的发展将推动分子标记育种的广泛应用16 分子标记因其数量多（对应丰富的基因组变异）、生物发育不同阶段均可用标记分析、不影响目标性状等优越性，目前已经广泛应用于分子育种。分子标记辅助选择（MAS）是利用与目标性状基因型紧密连锁的分子标记，进行的目标性状基因辅助选择，MAS具有可靠性、高效率、抗病持久以及位点丰富等优点，可以通过精准选择目标性状提高育种效率，而且不受外界环境的影响，大大加快了育种进程。基因分型技术的发展为分子标记育种大规模应用创造了条件。基因分型按照阶段可以分为三大阶段：凝胶电泳、基因芯片和基因测序。基因测序作为新一代基因分型技术具有使用灵活、成本低的优势，将随着技术的发展逐渐推动分子标记辅助选择技术的广泛应用。华中农业大学-赵书红团队对453头大白猪分别进行RAD-Seq(基于BGISEQ-500）和Geneseek Procine 50K SNP芯片分型，结果发现与SNP芯片相比，RAD-Seq检测出更多的低频SNP基因型，两者成本相当，但通过RAD-seq获取的SNP数量是通过SNP芯片获取数量的3倍1。亿欧智库：基因分型技术的发展亿欧智库：基因分型技术的发展凝胶电泳凝胶电泳基因芯片基因芯片基因测序基因测序通量低通量低通量高高通量通量超高、高通量超高、高通量企业企业较多海外企业为主华大智造等场景农作物种子品种纯度检测等常用满足产业化育种中低密度标记密度的需求种质资源基因挖掘、标记位点，满足产业化育种中高密度标记密度的需求特点技术成熟，成本高技术成熟，成本相对低，用时短使用灵活，高度自动化，成本低亿欧智库：最小等位基因频率亿欧智库：最小等位基因频率来源：1李勇.不同SNP分型技术在猪基因组选择中效果评估及全基因组关联研究 D.华中农业大学,2020.亿欧智库整理亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)全基因组选择：基因分型技术进步与测序成本下降推动全基因组选择成为分子育种新宠17 分子标记辅助选择在质量性状或由单个主效基因控制的数量性状改良中得到成功应用，但由于数量性状遗传基础的复杂性和QTL定位的限制性，导致分子标记辅助育种在复杂数量性状改良特别是多个微效基因控制的数量性状改良的应用诸多限制。全基因组选择技术（GenomicSelection，GS）则有效避免了以上限制，利用覆盖全基因组的分子标记同时关联主效和微效基因，并进行复杂性状育种值预测，具有准确率高、高效的特点。该技术成为了畜禽分子育种中的研究热点和跨国公司竞争的焦点。全基因组选择的发展对基因分型提出了新的要求：高通量、成本可控、稳定性。以华大智造为例，DNBSEQ-T7等产品以DNBSEQTM为核心技术，拥有超高通量、高准确度、低Adapter Rate、低Duplication Rate（减少无效重复）、低Index Hopping（减少错误）等技术特点，能够满足全基因选择在分子育种领域应用的需求。随着测序成本的快速降低和统计方法的快速发展，基于测序的全基因组选择技术已成为分子育种尤其是畜禽水产分子育种的重要有效方法，也逐步在重要农业作物和林木育种中得到应用。亿欧智库：华大智造基因测序仪相关参数亿欧智库：华大智造基因测序仪相关参数IcWGSIcWGS*MGISEQMGISEQ-200200MGISEQMGISEQ-20002000DNBSEQDNBSEQ-T7T7样本数（1.5G*/sample）481921,920读长PE100PE100PE100测序时间h264420年通量*7,20028,800280,000280,000*lcWGS为low coverage Whole Genomic Sequence*以0.5xWGS（猪，3G）为例*年通量按照每周3轮，每年50周计算亿欧智库：人体基因组检测费用（元）亿欧智库：人体基因组检测费用（元）425273553531792175328752 86569026533544090500010000150002000025000300003500040000450002012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020人体基因组检测费用来源：NIH、Genome Research Limited，亿欧智库整理亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)转基因：技术发展成熟，抗除草剂抗虫害是当前主要应用方向18 转基因技术是利用现代生物技术，将人们期望的目标基因，经过人工分离、重组后，导入并整合到生物体的基因组中，从而改善生物原有的性状或赋予其新的优良性状。转基因技术已经成为全球发展最成熟、应用最广泛的生物育种技术，在农业方面，主要转基因技术包括作物领域的农杆菌介导法、基因枪法、花粉管通道法等，在畜禽水产领域的核显微注射法、精子介导的基因转移法、核转移转基因法、逆转录病毒法等。从应用方向来看，抗除草剂、抗虫是当前转基因育种主要的应用方向。抗除草剂是全球转基因作物商业化以来的主导性状，复合性状（抗虫/抗除草剂、抗虫/抗病、抗除草剂/品质等多种组合）则超过抗虫性状成为排名第二的性状。从作物品种看，大豆、玉米、棉花、油菜是全球最主要的转基因作物，本世纪以来这4项合计在转基因作物总面积中的每年占比都在98%以上。46.80%12.30%41%抗除草剂抗虫复合形状亿欧智库：亿欧智库：20172017年全球转年全球转基因作物性状面积分布基因作物性状面积分布亿欧智库：主流转基因技术亿欧智库：主流转基因技术来源：1杨树果.全球转基因作物发展演变与趋势J.中国农业大学学报,2020,25(09):13-26,ISAAA,亿欧智库整理50.0%30.7%13.0%5.3%1.0%大豆玉米棉花油菜其他亿欧智库：转基因作物品亿欧智库：转基因作物品种面积分布种面积分布物物种种技术原理技术原理作物农杆菌介导法：农杆菌介导法：农杆菌细胞Ti质粒或Ri质粒有一段T-DNA经改造可插入外源基因片段，可通过侵染植物伤口向植物基因组植入外源基因的TDNA基因枪法：基因枪法：通过基因枪，将带有外源基因的金属颗粒打入植物细胞，外源目的基因随机插入植物基因组花粉管通道法：花粉管通道法：在植物开花时，向植物花器的子房中注射含外源基因的 DNA 溶液，使外源基因沿着植物花粉管通道进入胚囊，整合到植物细胞基因组中，随着受精卵的发育而产生转基因新个体畜禽水产核显微注射法：核显微注射法：在倒置显微镜微量注射台上，利用玻璃微量注射针直接将外源重组 DNA 注射到受精卵原核中，体外培养受精卵并将其移植到受体动物子宫内发育精子介导的基因转移法：精子介导的基因转移法：通过体外受精方式，使精子携带外源基因后进入卵子，并使外源基因整合于基因组中核转移转基因法：核转移转基因法：将外源基因转入体外培养的体细胞中，筛选获得带有转基因的细胞将其细胞核取出移入新的去核的卵母细胞中，培育重组胚胎并移植到母体中，从而产生转基因动物逆转录病毒法：逆转录病毒法：利用逆转录病毒DNA的LTR区域具有转录启动子活性的特点，将外源基因重组到逆转录病毒载体上，制成高浓度的病毒颗粒直接感染受精卵或微注入囊胚腔中，通过病毒将外源基因插入整合到宿主基因组中亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)转基因：靶向检测技术的发展将有助于规范转基因技术的应用，避免责任风险19 中国主要粮食作物的转基因产品中，批准商业化的物种只能推广经过审批、含有特定转基因成分和事件的品种。因此，进行转基因成分和事件检测，可避免由于商业化含有未经审批的转基因事件的品种（转基因污染和违规）而造成的责任风险。为加强对转基因产品的管理，发展转基因产品成分检测技术尤为重要。当前针对基因作物及产品的检测法以核酸水平的检测和蛋白水平的检测为主。采用靶向测序技术，可以构建包括所有转基因成分的分子标记检测系统，一次性检测多个元件，在检测出基因共性成分的同时确定转基因具体事件。当前基于靶向测序技术已制定基于靶向测序技术已制定GB/TGB/T 3857038570-20202020植物转基因成分测定目标序列测序法的国家标准植物转基因成分测定目标序列测序法的国家标准，其有望在国家层面对已知和未知的转基因事件进行更全面的监管，彻底避免由于基因检测假阳性而引发的大量纠纷与矛盾。亿欧智库：转基因成分鉴定示意图亿欧智库：转基因成分鉴定示意图亿欧智库：主要转基因检测技术及特点亿欧智库：主要转基因检测技术及特点通用基因检测试剂盒转基因序列GB/T 38570-2020 植物转基因成分测定目标序列测序法主要起草单位：江汉大学、中国标准化研究院、北京工商大学、湖南杂交水稻研究中心、张家口市农业科学院、武汉明了生物科技有限公司、农业农村部科技发展中心、北京市农林科学院蔬菜研究中心、华南农业大学、深圳华大智造科技有限公司基因检测类别基因检测类别基因检测技术基因检测技术特点特点以核酸水平的检测定性PCR检测、定量PCR检测、数字PCR检测容易因气溶胶实验室污染和烟草花叶病毒等植株污染导致假阳性靶向测序检测技术更加精准、更加灵敏、性价比高以蛋白水平的检测酶联免疫吸附法、侧向流动型免疫检测、免疫印迹法依赖目标蛋白的反应，特异性和敏感性易受影响亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)亿欧智库-张富强(127607)基因编辑：技术应用广泛，CRISPR有望成为未来主流技术20 近年来，科学家充分研究蛋白质结构和核酸内切酶的特点，开发出了识别特异序列位点的核酸内切酶技术，该技术可以按照人们的意愿定点特异识别DNA序列，实现基因组的定点编辑和修饰。目前基因编辑技术主要有ZFNs、TALENs、CRISPR基因编辑技术，因设计简便、效率高、成本低等特点，基因编辑技术在动植物遗传改良等领域得到迅速应用。尽管运用ZFNs 和TALENs 技术已经在多种动物及植物中成功实现了基因的定点编辑，但这两种技术定向打靶依赖于特异性结合蛋白的合成，操作繁琐费时且打靶效率低，致使其应用进展缓慢，而CRISPR/Cas技术具备操作简单、周期短、效率高等优点，未来有望成为主流技术。亿欧智库：不同基因编辑技术的优劣势对比亿欧智库：不同基因编辑技术的优劣势对比基因编辑技术基因编辑技术技术原理技术原理靶点靶点DNADNA序列识序列识别区域别区域DNADNA剪切剪切核酸酶构建方式核酸酶构建方式所识别靶点大小所识别靶点大小最小模块最小模块识别碱基识别碱基数量数量优点优点缺点缺点基因修饰率基因修饰率ZFNs两种ZFNs与DNA结合后，其C端的Fok I切割结构域会在作用位点形成二聚体，并发挥功能，使双链断裂锌指（ZF）结构域Fok I核酸酶结构域3-4个ZF结构拼接（9-12bp）*23平台成熟，效率高于被动同源重组细胞毒性，设计依赖上下游序列、脱靶率高、具有细胞毒性TALENsTALEN由TALE基序串联成决定靶向性的DNA识别模块，与Fok结构域连接而成。一个TALE基序识别一个碱基对，因此串联的TALE基序与所识别的碱基对是一一对应的关系重复可变双残基（RVD的重复）Fok I核酸酶结构域8-31个重复可变双残基的拼接（8-31bp）*21设计较ZFN简单，特异性高细胞毒性、模块组装过程繁琐、成本高0-34%CRIS