我國作物新種質創制研究進展

陳浩， 周菲， 林擁軍

（華中農業大學生命科學技術學院，武漢 430070）

我國既是農業大國也是人口大國，因此我國政府歷來重視農業問題和糧食安全。習近平總書記指出“糧食安全是國之大者”。人口眾多、耕地資源有限是我國的基本國情。在此前提下，增加作物產能的關鍵在于提高單產，這意味著增加農業產量保證我國的糧食安全主要依賴于科學技術的發展。隨著科技的發展，作物重要農藝性狀（如抗病性、產量、養分高效利用等）遺傳基礎的深入解析，基因組高通量測序技術、基因編輯技術、基因組育種技術等不斷的革新，以及抗蟲耐除草劑轉基因大豆和玉米的產業化推進為作物育種注入新的活力。在國家的積極布局和大力支持下，近年來，我國在作物育種理論和技術上不斷突破和創新，取得了令人矚目的成績。本文圍繞作物新種質創制這一主題，梳理和回顧了我國在此領域取得的一些具有代表性的成果，并對發展前景進行了總結和展望。

1 重要農藝性狀的解析和利用自然變異創制新種質

目前，密植是實現作物高產的重要策略。2019年中國農業大學研究團隊在玉米緊湊株型性狀調控分子機理研究方面取得重要進展[1]。他們基于玉米自交系W22與玉米祖先大芻草（CIMMT 8759）雜交衍生的重組自交系群體，定位并克隆了2個控制玉米直立株型的主效基因UPA1和UPA2。其中，UPA2為非編碼基因，該基因在大芻草與玉米自交系W22之間存在2 bp核苷酸插入/缺失多態性，導致兩者存在功能差異。大芻草UPA2基因多了2 bp的核苷酸插入，導致其DNA序列與控制葉夾角的DRL1蛋白具有更強的結合能力。DRL1可與LG1蛋白互作，抑制LG1對轉錄因子基因ZmRAVL1（該基因位于UPA2基因下游9.5 kb處）的表達激活作用，導致受ZmRAVL1激活的油菜素內脂合成基因brd1（即UPA1）的表達下調，降低了葉環處內源油菜素內脂水平，最終導致減小的葉夾角和緊湊株型。換而言之，大芻草來源的UPA2基因可以導致利于玉米密植的緊湊株型。研究還發現，大芻草UPA2基因類型在玉米馴化過程中已經丟失，這意味著現代玉米栽培種中導入大芻草UPA2等位基因可以改善株型，利于密植[1]。

2021年，《Nature》雜志發表了中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究人員在水稻氮素高效利用研究上的重要進展[2]。利用全球收集的110份水稻農家種，開展水稻分蘗氮響應性的全基因組 關 聯 分 析（genome-wide association studies，GWAS），鑒定出水稻氮高效基因OsTCP19。研究表明，OsTCP19上游調控區中一段29 bp核酸片段的缺失與否決定不同水稻品種分蘗氮響應的差異。氮響應負調控因子LBD蛋白結合在OsTCP19基因上游該29 bp核苷酸序列的附近，抑制其表達。因此，氮高效品種的OsTCP19調控區普遍缺失了該29 bp核苷酸序列。在中低氮條件下，近等基因系OsTCP19-H比對應的受體親本Kos具有更多的分蘗數目和更高的單株產量，其產量和氮利用效率較對照分別提高了約20%和30%。值得注意的是，我國現代水稻品種中這一氮高效變異幾乎全部丟失，因此OsTCP19基因功能的解析為培育施氮肥少且高產的綠色水稻品種奠定了基礎[2]。

2021年，《Cell》雜志發表中國科學院分子植物卓越中心在植物抗病分子機制研究上的重要進展[3]。該研究揭示水稻鈣離子感受子ROD1通過適當抑制水稻免疫水平，平衡水稻抗病性與生殖生長和產量性狀的分子機制。通過對水稻抗病種質資源的篩選，研究人員鑒定到對稻瘟病、紋枯病和白葉枯病等主要水稻病害均表現出高抗的隱性突變基因rod1。正常條件下，rod1突變體生長遲緩，沒有優勢；但在自然病圃條件下該突變體抗病性顯著，表現出更佳的長勢和產量。圖位克隆發現ROD1是依賴鈣離子結合能力的C2結構域鈣感應蛋白，可通過與過氧化氫酶CatB互作將其從過氧化物酶體轉至質膜。ROD1依賴于其鈣結合能力促進CatB的酶活，降解免疫反應過程中產生的活性氧爆發和細胞死亡。即ROD1和CatB構成Ca2+-活性氧信號通路負調控植物免疫，避免過度免疫導致負面效應。水稻稻瘟病菌正是利用此機制模擬具有ROD1結構的毒性蛋白，抑制植物免疫功能實現侵染目的。通過對260多份水稻材料的紋枯病抗性分析，鑒定出2個抗病性存在差異的ROD1單倍型SNP1-A和SNP1-C。其中，SNP1-A的免疫抑制能力相對較弱，表現出更強的抗病性，且SNP1-A對水稻的生長發育和產量無明顯影響。這意味著SNP1-A單倍型對于創制抗水稻抗紋枯病抗病育種材料具有重要應用價值[3]。

2 基因編輯工具的革新及基因編輯技術的應用

2.1 基因編輯工具的革新

基于來自釀膿鏈球桿菌（Streptococcus pyogenes）CRISPR/Cas9（clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9，規律間隔的成簇短回文重復序列/CRISPR相關蛋白9）系統的基因編輯技操作簡便、編輯效率高、編輯方式靈活，且產品可以不含有轉基因成分，目前成為基因工程領域最熱門的研究方向。相關研究在近幾年內受到了科研人員的普遍關注和積極參與，獲得了飛速發展，并在多種植物中得到廣泛應用，為作物性狀改良作出了重要貢獻。我國的科研人員圍繞該研究熱點，積極參與基因編輯技術的革新和應用。

堿基編輯器包括胞嘧啶堿基編輯器和腺嘌呤堿基編輯器，是實現單堿基精確編輯的重要工具之一，其中胞嘧啶堿基編輯器是將胞嘧啶脫氨酶和人工突變獲得的DNA切口酶（nCas9）融合，然后在單鏈向導 RNA（single-stranged guide RNA，sgRNA）的引導下實現靶標堿基序列C/G→T/A的轉換；而腺嘌呤編輯器是將腺苷脫氨酶與nCas9融合，通過類似胞嘧啶編輯器的機制實現靶標堿基A/T→G/C的轉換[4-5]。2019年，中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究團隊對單堿基編輯工具在水稻中脫靶效應評估進行研究[6]。研究團隊將3種廣泛使用的堿基編輯器即胞嘧啶堿基編輯器BE3、高保真胞嘧啶堿基編輯器HF1-BE3以及腺嘌呤堿基編輯器ABE通過農桿菌轉化方法轉化到水稻，然后利用全基因組測序對BE3、HF1-BE3或ABE編輯的再生水稻植株進行脫靶效應分析。研究發現，與未編輯的對照相比，3種單堿基編輯器沒有顯著增加插入或刪除的變異類型。但是，胞嘧啶堿基編輯器BE3和HF1-BE3較ABE和對照顯著增加了單核苷酸變異。該研究結果揭示胞嘧啶堿基編輯器會造成顯著的脫靶效應，但是腺嘌呤編輯器不會。

2020年中國科學院遺傳與發育生物學研究所2個研究團隊合作構建具有雙堿基編輯功能的STEME（saturated targeted endogenous mutagenesis editors），可以在作物中進行定向飽和突變，實現原位定向進化[7]。將胞嘧啶脫氨酶APOBEC3A和腺嘌呤脫氨酶ecTadA-ecTadA7.10同時融合在nCas9 (D10A)的N末端，同時將尿嘧啶糖基化酶抑制子UGI融合nCas9 (D10A)的C端，即可構建為飽和靶向內源基因突變編輯器STEME。STEME僅需1個sgRNA的引導可同時實現靶點DNA的2類堿基變異（C→T或A→G轉換），顯著增加靶基因堿基突變的飽和度和多樣性，實現植物內源基因的原位定向進化。研究人員利用STEME成功創制了抗除草劑水稻新材料。針對水稻乙酰輔酶A羧化酶基因OsACC的編碼蛋白的羧基轉移酶結構域設計了200個獨立的sgRNA，構建到STEME-1或STEME-NG雙堿基編輯載體上。將這些表達載體分為27組轉化水稻，獲得約6 000株水稻再生苗。利用除草劑氟吡甲禾靈對再生苗進行抗性篩選，鑒定出4個耐除草劑的突變位點P1927F、W2125C、S1866F和 A1884P，其 中 3個 位 點（P1927F、S1866F和A1884P）為新發現突變位點[7]。

2020年6月，中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究人員建立“AFID系統”（APOBEC-Cas9 fusion-induced deletion systems），該系統是一種新型多核苷酸靶向刪除系統，具有高效、精準、可預測等特點[8]。研究人員基于胞嘧啶脫氨以及堿基切除修復的機制，將野生型SpCas9與胞嘧啶脫氨酶、尿嘧啶糖基化酶和無嘌呤/無嘧啶位點裂合酶組合，建立了新型多核苷酸靶向刪除系統AFIDs，成功在水稻和小麥基因組中實現了精準、可預測的多核苷酸刪除。通過在水稻和小麥細胞中對多個內源DNA靶點進行測試表明，利用高脫氨活性的APOBEC3A脫氨酶構建AFID-3，其介導的刪除效率可達33.1%，產生從不同5’-胞嘧啶到Cas9切割位點間的多核苷酸刪除，其中30%以上的刪除可預測。研究人員進一步發現基于截短的APOBEC3B脫氨酶A3Bctd開發的eAFID-3系統AFID-3的刪除效率更高。利用AFID-3系統靶向水稻OsSWEET14基因啟動子的效應子結合元件，獲得多核苷酸刪除的突變體植株，經白葉枯病接種試驗發現相較于1～2 bp的插入缺失，AFID-3系統產生的水稻多核苷酸刪除突變體具有更強的白葉枯病菌抗性[8]。

2019年，中國農業科學院作物科學研究所與美國加州大學圣地亞哥分校合作，改進了基于CRISPR系統的靶向敲入技術[9]。該研究以RNA作為同源重組修復的供體模板，利用具有RNA/DNA雙重切割能力的CRISPR/Cpf1基因編輯系統，對水稻乙酰乳酸合成酶基因片段進行精準替換，成功獲得抗乙酰乳酸合成酶抑制劑類除草劑的水稻材料。研究還發現，若同時提供DNA和RNA修復模板，與僅提供RNA修復模板相比同源導向的DNA修復效率更高。因此，在構建表達載體時可在修復模板的DNA序列兩側添加CRISPR/Cpf1識別的靶點序列，在表達載體轉化水稻后利用CRISPR/Cpf1的RNA/DNA雙重切割功能同時產生DNA 和RNA修復模板，從而提高同源導向的DNA修復效率[9]。

研究人員發現，將DNA供體片段進行硫代修飾和磷酸化修飾能夠顯著增強CRISPR/Cas9介導的靶向敲入效率。利用該技術，研究人員在14個基因位點上靶向敲入各類調控元件，如翻譯增強子、轉錄調控元件，甚至整個啟動子，敲入供體片段最長可達2 049 bp。該方法在水稻中的敲入效率最高達47.3%，平均為25.0%。研究人員還設計了一種片段精準替換的策略——“重復片段介導的同源重組（tandem repeats-HDR，TR-HDR）”策略，在5個基因位點上實現了片段替換和原位標簽蛋白的精準融合，效率最高達11.4%[10]。

2019年，哈佛大學David Liu的研究團隊在《Nature》雜志發表了可替代堿基編輯和定點敲入功能的新堿基編輯方法——引導編輯（prime editing）[11]。引導編輯的原理是將 nCas9（H840A）和逆轉錄酶M-MLV融合，然后在引導編輯向導RNA（prime editing guide RNA, pegRNA）的引導下實現對人體細胞目標DNA模板的替換。其基本過程是，nCas9在pegRNA引導下切割目標位點，然后逆轉錄酶在pegRNA上的引物結合位點幫助下以pegRNA上的編輯序列作為模板逆轉錄DNA。最后被編輯的細胞通過自身修復機制，以逆轉錄的DNA序列替換切口處的目標DNA序列，完成靶位點的精準編輯[11]。實踐證明，引導編輯介導的DNA精確編輯效率高于同源重組修復，同時又能克服單堿基編輯器的缺點，具有更高的靈活性，進一步擴展了基因組編輯應用的范疇。2020年，中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究團隊在作物中引入適合植物的引導編輯系統[12]。該研究團隊利用植物引導編輯系統在水稻和小麥的原生質體中實現了16個內源位點的精準編輯，包括全部12種類型的單堿基替換、多堿基替換、小片段精準插入或刪除，編輯效率最高達19.2%。該團隊還成功獲得了單堿基突變、多堿基突變及精準刪除的水稻突變體植株，編輯效率最高達21.8%[12]。

2021年3月，中國科學院遺傳與發育生物學研究所對植物引導編輯系統的重要改進，提高了植物引導編輯的效率并為高效設計pegRNA提供了全套方案[13]。該研究通過測試水稻內源位點發現，引導編輯系統的引物結合位點的熔解溫度為30 ℃左右時，平均引導編輯效率最高。研究人員還發現，若采用雙pegRNA編輯的策略，同時利用2個pegRNA分子分別靶向目標DNA的2條鏈進行共同編輯，比僅使用單個pegRNA分子平均編輯效率提高3倍。此外，研究人員還開發了植物pegRNA計網站PlantPegDesigner（http://www.plantgen omeediting.net/），可為使用者提供完整的pegRNA選擇、設計與推薦方案[13]。

2021 年，《Nature Biotechnology》雜志在線發表了中國科學院遺傳與發育生物學研究所對植物引導編輯系統脫靶效應的系統評估結果[14]。引導編輯系統可以在基因組的靶向位點實現任意類型的堿基替換、小片段的精準插入與刪除，但是其脫靶效應還缺乏系統研究。引導編輯系統對間隔序列近PAM端或PBS的5’端的錯配容忍度較低，且pegRNA依賴的引導編輯在水稻內源位點脫靶效應非常低，可通過合理設計pegRNA提升該系統的特異性。隨后，研究人員又評估了引導編輯系統是否造成不依賴pegRNA的全基因組范圍的脫靶效應，過表達含有外源M-MLV逆轉錄酶的引導編輯系統對細胞內源的逆轉錄生物學過程、逆轉錄轉座子的轉座活性以及端粒酶的活性、高豐度mRNA及pegRNA序列的逆轉錄-插入的可能性等細胞內源生物學過程的影響，結果表明引導編輯系統也沒有造成全基因組范圍的不依賴于pegRNA的脫靶效應[14]。因此，引導編輯系統整體上具有很高的特異性。

2.2 利用基因編輯技術創制新種質

雜交水稻占水稻總種植面積的57%，為我國的糧食安全作出巨大貢獻。由于雜交種子后代會發生遺傳分離，無法固定雜種優勢，因此需要不斷的人工制種，花費大量的人力物力。2019年中國水稻研究所研究團隊利用CRISPR/Cas9基因編輯技術在雜交水稻中同時敲除了4個生殖相關基因，建立了水稻無融合生殖體系，實現了雜合優勢的固定[15]。其中，當REC8、PAIR1和OSD1這3個減數分裂基因被敲除后，雜交稻可以產生二倍體配子和四倍體種子從而固定雜種基因型；而敲除受精相關的MTL基因后，雜交稻可以產生單倍體種子。因此，當上述4個基因同時敲除時，雜交水稻可以通過自交產生與親本基因型一致的二倍體種子。該技術實現了雜種優勢的固定，有望給作物的雜種優勢利用帶來新策略[15]。

2022年3月，中國農業大學和華中農業大學聯合研究發現，調控玉米穗行數的基因KRN2對玉米和水稻產量均有重要影響,對該基因進行基因編輯，可以顯著提高玉米和水稻的產量[16]。研究人員采用基因組學技術從野生玉米資源創制的玉米材料中鑒定出了KRN2。進一步的研究發現，在玉米馴化和改良過程中，該基因上游非編碼區受到了明顯的選擇，導致基因表達量降低，進而增加了玉米的穗行數和穗粒數并最終增加產量。而在水稻基因組中鑒定出的同源基因OsKRN2，其控制水稻的二次枝梗數，也最終影響穗粒數和產量。類似于玉米KRN2，水稻OsKN2在栽培稻馴化和改良過程中也同樣受到選擇，導致基因表達量降低。KRN2/OsKRN2編碼WD40蛋白，通過與功能未知蛋白DUF1644互作調控玉米穗行數與水稻穗粒數。該研究利用基因編輯技術創制KRN2和OsKRN2基因功能敲除的新材料，多年多點的田間小區試驗表明，KRN2/OsKRN2敲除系分別提高約10.0%的玉米產量和8.0%的水稻產量，具有較好的應用潛力[16]。

2022年，中國科學院遺傳與發育生物學研究所利用基因編輯技術改造水稻株型調控的主效基因IPA1的啟動子區域可提高水稻產量[17]。IPA1編碼含有SBP-box結構域的植物特異性轉錄因子，其功能獲得基因型ipa1-1D和ipa1-2D能夠使穗部增大、無效分蘗減少、莖稈粗壯、根系發達，最終提高產量。雖然IPA1基因已應用于優良水稻品種的培育，但天然的IPA1基因在增大穗部的同時會降低分蘗數，一定程度上限制了其應用潛力。為了克服天然IPA1基因的缺點，充分挖掘該基因的應用潛力，研究人員采用“平鋪刪除”(tiling deletion)的基因編輯策略，通過多靶點CRISPR/Cas9技術對IPA1的啟動子區域進行系統性、高覆蓋的片段刪除，創制出各種IPA1啟動子區域平鋪刪除的基因編輯材料。在這些基因編輯材料中篩選出1個分蘗數和穗粒數協同增加的編輯材料IPA1-Pro10。相較于對照品種，IPA1-Pro10株高變高、莖稈和根系粗壯，穗重和穗數同步增加，產量顯著增加15.9%。分子機理研究表明，馴化關鍵轉錄因子An-1通過結合IPA1啟動子區域內的54 bp特定順式元件調控該基因在幼穗中的表達，進而特異性調控穗部表型。通過對IPA1上游調控序列的平鋪刪除，破除了產量構成因子之間負相關性的制約，提升了該基因的應用潛力[17]。

除產量構成因子之間存在負相關性外，作物的產量和抗性一般也存在負相關性。病原菌通常需要利用植物內源的感病基因來侵染植物，感病基因突變會賦予植物廣譜、持久的抗病性，但往往導致生長發育的負面效應。比如，小麥白粉病是由真菌（Blumeria graminisf. sp. tritici）引起的小麥重要病害。感病基因MLO的突變可使小麥獲得對白粉病廣譜持久的抗性，但是同時可導致矮化、早衰、減產等負面表型[18-20]。2022年，中科院遺傳與發育生物學研究所和中科院微生物所通過基因編輯破除了mlo突變體抗病性與產量之間的負相關性[21]。研究人員利用基因組編輯技術創制出大量的小麥mlo基因突變體，從中鑒定出既抗白粉病又高產的突變體Tamlo-R32。分子機理的研究揭示，Tamlo-R32基因組TaMLO-B1位點附近存在約304 kb的大片段刪除，該刪除改變了染色體三維結構，提升了上游基因TaTMT3的表達。提升的TaTMT3表達水平克服了mlo突變導致的不利表型。為了培育抗白粉病小麥新品種，研究人員一方面通過傳統雜交和回交的策略將Tamlo-R32的抗病性狀導入主栽品種中；另一方面直接利用基因編輯技術在小麥主栽品種中創制既抗白粉病又不影響產量的小麥新種質。研究人員證實，相較于常規育種，基因編輯可以大幅縮短育種進程，具有更高的育種效率[21]。

3 利用基因組技術創制新種質

2021年，《Cell》雜志發表了中國科學院遺傳與發育生物學研究所在異源多倍體水稻研究上的重要進展，利用從頭馴化（de novodomestication）策略獲得了異源四倍體水稻新材料[22]。研究人員首先確定生物量大及抗脅迫性強的CCDD型異源四倍體野生稻作為從頭馴化的目標材料。通過對收集的28份異源四倍體野生稻資源的組培再生能力、基因組雜合度及田間綜合性狀等進行系統考察，篩選出1份適合做底盤種質材料的高稈野生稻資源（Oryza alta），將其命名為PPR1。通過四倍體野生稻的基因組測序組裝，優化遺傳轉化體系，再利用基因組編輯技術改變其落粒性、芒性、株型、籽粒大小及抽穗期等馴化相關的重要性狀，實現了異源四倍體高稈野生稻的從頭定向馴化。該研究首次提出了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，旨在最終培育出新型多倍體水稻作物，從而大幅提升糧食產量并增加環境變化適應性[22]。

2021年，《Cell》雜志發表了中國農業科學院深圳農業基因組研究所在雜交馬鈴薯育種領域的突破性進展[23]。馬鈴薯是世界上最重要的塊莖類糧食作物，全球約13億人口以馬鈴薯為主食。與其他主糧作物不同，栽培馬鈴薯是同源四倍體物種，依靠塊莖進行營養繁殖。由于四倍體生物遺傳上的復雜性，導致馬鈴薯的遺傳改良效率低、進展慢。此外，營養繁殖的方式還造成了薯塊繁殖系數低、儲運成本高、易攜帶病蟲害等長期難以解決的技術問題。而發展二倍體雜交馬鈴薯有望從根本上解決上述問題。中國農業科學院深圳農業基因組研究所在前期解決馬鈴薯自交不親和、自交衰退等技術難題的基礎上，通過基因組的大數據分析制定育種策略，建立了成熟的雜交馬鈴薯基因組設計育種流程，培育出第一代高純合度（＞99%）二倍體馬鈴薯的自交系和雜交馬鈴薯品系優薯1號。小區試驗顯示，優薯 1號的畝（0.067 hm2）產達近3 t，表現出顯著的產量雜種優勢[23]。上述研究成果為馬鈴薯育種開辟了新途徑，有望引領馬鈴薯育種進入精準育種和快速迭代的新階段。

2021年，河南大學利用快速漸滲技術平臺改良小麥D亞基因組遺傳多樣性[24]。普通小麥（Triticum aestivumL）為異源六倍體物種，起源于2次雜交和多倍體化，即烏拉爾圖小麥（T. urartu,AA）與擬斯卑爾托山羊草（Aegilops speltoides, SS≈BB）雜交并多倍化，形成AABB四倍體小麥，四倍體小麥與節節麥（A. tauschii, DD）雜交并多倍化，形成異源六倍體小麥AABBDD。普通小麥中D基因組的遺傳多樣性明顯低于A和B基因組，僅有A和B基因組的16%左右，是小麥遺傳改良的瓶頸。研究人員首先解析了節節麥種群的遺傳多樣性，完成了4個代表性節節麥的高質量參考基因組組裝和解析，對來自全球范圍內的278份節節麥的種質進行了重測序，再通過比較基因組學剖析和發掘節節麥中的基因組變異。隨后通過整合遠緣雜交、基因組學、表型組學和快速育種等技術，建立節節麥快速漸滲平臺，創制了85個節節麥核心種質與‘矮抗58’等優良小麥品種的人工八倍體群體，實現了節節麥自然群體99%的遺傳多樣性向普通小麥品種的轉移，為實現小麥D基因組從頭馴化建立了系統的方法學和遺傳材料基礎[24]。

4 轉基因作物的創制和產業化推進

我國自1997年開始商業化種植轉基因棉花，經過20多年的發展，我國轉基因棉花種植面積占總棉花種植面積的93%以上，國產化率超過95%。由于目前我國的大豆、食用油和玉米進口規模較大、對外依存度較高，近年來我國開始重視抗蟲、抗除草劑轉基因玉米和大豆的研發和產業化推廣。我國2019年首次批準抗蟲、抗除草劑轉基因大豆和玉米的安全證書，截至2022年初已有11個轉基因玉米和3個轉基因大豆獲得生產應用安全證書，涉及8家單位，包括：杭州瑞豐生物科技有限公司和浙江大學共同研發的轉cry1Ab/cry2Aj和g10evo-epsps基因抗蟲耐除草劑玉米瑞豐125；上海交通大學研發的轉g10evo-epsps基因耐除草劑大豆SHZD3201；中國農業科學院作物科學研究所研發的轉g2-epsps和gat基因耐除草劑大豆中黃6106；北京大北農生物技術有限公司研發的轉epsps和pat基因耐除草劑玉米DBN9858，轉cry1Ab和epsps基因抗蟲耐除草劑玉米DBN9936，轉vip3Aa19和pat基因抗蟲耐除草劑玉米DBN9501，轉epsps和pat基因耐除草劑大豆DBN9004，轉cry1Ab、epsps、vip3Aa19和pat基因抗蟲耐除草劑玉米DBN3601T；中國林木種子集團有限公司和中國農業大學研發的轉mcry1Ab和mcry2Ab基因抗蟲玉米ND207；杭州瑞豐生物科技有限公司研發的轉cry1Ab和cry2Ab基因抗蟲玉米瑞豐8，轉CdP450和cp4epsps基因耐除草劑玉米nCX-1；中國種子集團有限公司研發的轉cry1Ab、pat和mepsps基因抗蟲耐除草劑玉米 Bt11×GA21，轉cry1Ab、pat、vip3Aa20和mepsps基因抗蟲耐除草劑玉米Bt11×MIR162×GA21，轉mepsps基因耐除草劑玉米GA21（[25]https://www.moa.gov.cn/ztzl/zjyqwgz/spxx/）。

值得注意的是，2021年華中農業大學研發的轉cry1Ab/cry1Ac基因抗蟲水稻‘華恢1號’及其衍生系Bt汕優63在湖北省生產應用的安全證書續申請獲批[25]。這是‘華恢1號’及其衍生系Bt汕優63的安全證書自2009年首次獲批以來第二次續申請獲批，為轉基因抗蟲水稻未來在我國的迅速產業化應用儲備了關鍵技術。

5 結語

對主要作物的重要性狀遺傳基礎的不斷深入解析，為育種新種質的創制提供了關鍵的靶向基因和位點。特別是對以前育種上關注不足的野生親緣種質和大量農家品種的利用和挖掘，大大拓寬了育種上可用的基因資源。近年來，很多重要性狀（如產量、抗性、養分高效利用等）相關基因都是通過利用野生親緣種或者農家品種作為材料鑒定并克隆的。尋找和利用 “丟失的”基因成為創制育種新種質的重要手段。可以預期，在未來很長一段時間內，充分利用野生親緣種或者農家品種等遺傳資源來發掘具有重要育種價值的基因仍然是研究的熱點之一。

自以CRIPSR系統為代表的基因編輯技術誕生以來，大家對基因編輯技術研究和革新一直保持著很高的研究熱度。從最開始的基因靶向敲除，到單堿基編輯、DNA片段的靶向敲入再到引導編輯等，基因編輯技術不斷成熟和完善，功能也愈發的強大，成為生物育種中的重要工具。隨著一些重要農藝性狀基因分子機理的解析，基因編輯對于保障國家糧食安全、解決日益加劇的世界人口糧食危機表現出強大的應用潛力。2022年1月，我國農業農村部制定并公布了《農業用基因編輯植物安全評價指南（試行）》，首次規范了農業基因編輯植物的安全評價管理，是我國生物育種技術研發與產業化的里程碑事件，這標志著基因編輯作物在我國正逐步邁入產業化應用階段。從應用實例來看，基因編輯的敲除、敲入以及飽和誘變、平鋪刪除等靈活多變的功能，可以創制自然界不存在的新型等位基因，破除基因自身的有害性狀連鎖。加之，基因編輯技術可以不引入外源DNA序列，如果可以適當簡化監管，基因編輯技術則可以大大加速植物育種進程，成為作物新種質創制的一柄利器。

隨著大規模測序技術的發展和成熟，以及基因組組裝的算法和策略的不斷完善，基于基因組層面的設計育種和從頭馴化為作物育種提供了全新的思路。從頭馴化的多倍體水稻以及二倍體雜交馬鈴薯的培育等均打破了作物育種固有的常規育種模式，實現了從0到1的育種創新。可以預期，隨著表觀遺傳學和三維基因組等相關領域研究的不斷深入，人們將可以從多個維度來認識作物基因組的表達調控的網絡模式，必將為基因組層面的育種技術提供更多理論依據和新的思路。

長期以來，我國商業化種植的轉基因作物主要是非食用的轉基因抗蟲棉。雖然轉基因抗病番木瓜也實現了商業化種植，但種植面積小，影響力不大。隨著市場需求的不斷增長，近年來我國開始考慮逐步推進抗蟲、抗除草劑轉基因玉米和大豆的產業化推廣。2021年，農業農村部對已獲得生產應用安全證書的耐除草劑轉基因大豆和抗蟲耐除草劑轉基因玉米開展了產業化試點工作，增產效應和生態效果顯著。未來，轉基因大豆和玉米的產業化應用必將大幅提高我國轉基因作物的種植面積，為轉基因作物的研發創造新的局面。同時，也必將引導和帶動更多產業資本和社會資本參與到轉基因作物的研發中，極大地加快我國轉基因作物的研發進程。