去年5月，济南市印发《加快现代种业创新发展全力打造中国北方种业之都的行动方案》，明确要将济南打造成为立足山东、辐射全国、全球知名的“中国北方种业之都”。如何在不经过大规模选育的情况下，在较短时间完成优质作物育种?如何在不引入外源基因的条件下，成功改变原有基因性状?近日，记者来到农业农村部基因编辑技术与育种应用重点实验室，探求基因编辑与种源安全的奥秘。

作为国内首家拥有原创基因编辑底层专利技术的实验室，2023年6月，该实验室正式获批“农业农村部基因编辑技术与育种应用重点实验室”，同时也是济南市植物基因编辑重点实验室。实验室占地面积1.6万余平方米，以“舜丰基因编辑研究院”为基础，率先研发出以CRISPRCasSF01和CRISPRCasSF02为代表的“基因剪刀”家族;形成基因编辑工程化研发、诱变种质资源创新以及生物育种中试熟化等平台;并在2023年4月取得全国首张植物基因编辑安全证书。


“基因剪刀”解决卡脖子难题 拳头产品油酸含量达83.6%

与转基因技术不同，基因编辑技术只对作物自身基因进行修饰，是一种能够对作物基因进行精准“编辑”的技术。但这项关键技术在此前被国外科研院所垄断，我国研究人员在研发时往往受制于人。

基于独家核心底层技术，实验室自主研发出以CRISPRCasSF01和CRISPRCasSF02为代表的7把“基因剪刀”，形成舜丰“基因剪刀”家族，打破国外技术垄断，解决卡脖子技术难题。

“‘基因剪刀’的底层逻辑与编辑‘word’文档类似，在操作中利用基因编辑蛋白酶将DNA切断，对作物基因进行敲除、修改等操作，通过细胞自身修复产生变异，培育出新品种。”据实验室项目研发经理张金山介绍，借助该技术，研究人员通过调控大豆脂肪酸合成通路，创制出油酸含量高达83.6%的高油酸大豆，具有一定降低胆固醇、血脂及预防心血管疾病的功效，实验室也因此获得全国首张植物基因编辑安全证书。未来，以高油酸大豆为原料的食用油将成为食用油界的新宠。

借助7把“基因剪刀”，实验室陆续推出适于糖尿病患者食用的低GI水稻，具有助眠、缓解焦虑功效的高GABA番茄以及矮秆玉米等核心产品，牢牢占据国际基因编辑领域“第一梯队”。


加速产学研一体化建设 形成技术专利200余项

一支高水平、多层次、国际化研究团队与稳定的产学研合作体系，是农业农村部基因编辑技术与育种应用重点实验室在“第一梯队”站稳脚跟的根源所在。

实验室现有工作人员185人，硕博人才占比50%以上，拥有一支由5位院士领衔，40余位海内外专家助力的基因编辑领军团队;并建有2个院士工作站，为基因编辑技术创新、产品研发和产业化提供了强有力的团队支撑。

在产学研共建方面，实验室与国内科研院所、农业产业链龙头企业在工具研发和利用、递送系统开发与优化、高产优质高附加值新品种创制等方面开展深度合作。

此外，实验室作为山东师范大学生命科学学院研究生培养基地、西北农林科技大学园艺学院就业实习基地，设置开放课题20余个。

多方合力下，实验室已申请专利200余项，其中PCT专利40余项，并有60余项专利获得授权。


挖掘基因编辑底层技术 保障国家种源与粮食安全

目前，现代育种已步入“4.0时代”。“实验室将聚焦基因编辑底层技术研发，深入挖掘、优化具有自主知识产权的基因编辑核酸酶3-5个，建立农作物基因编辑工具递送体系3-4套。”实验室主任赵开军表示，未来，实验室将在农业生物领域建立1-2套新型基因编辑工具的多物种交叉验证和评价体系;完善产学研体系建设，加快济南高新区人才输出与成果转化。

同时，以科技成果输出，为济南乃至山东地区选育更适合种植的粮食作物，助力打造“中国北方种业之都”;利用基因编辑精准育种技术深化小麦、玉米、水稻与马铃薯等主要大宗农作物产量、品质、抗逆性等重要性状突破提升，培育新型种质资源，保障我国粮食与种源自主可控。