我国作物新种质创制研究进展

陈浩， 周菲， 林拥军

（华中农业大学生命科学技术学院，武汉 430070）

我国既是农业大国也是人口大国，因此我国政府历来重视农业问题和粮食安全。习近平总书记指出“粮食安全是国之大者”。人口众多、耕地资源有限是我国的基本国情。在此前提下，增加作物产能的关键在于提高单产，这意味着增加农业产量保证我国的粮食安全主要依赖于科学技术的发展。随着科技的发展，作物重要农艺性状（如抗病性、产量、养分高效利用等）遗传基础的深入解析，基因组高通量测序技术、基因编辑技术、基因组育种技术等不断的革新，以及抗虫耐除草剂转基因大豆和玉米的产业化推进为作物育种注入新的活力。在国家的积极布局和大力支持下，近年来，我国在作物育种理论和技术上不断突破和创新，取得了令人瞩目的成绩。本文围绕作物新种质创制这一主题，梳理和回顾了我国在此领域取得的一些具有代表性的成果，并对发展前景进行了总结和展望。

1 重要农艺性状的解析和利用自然变异创制新种质

目前，密植是实现作物高产的重要策略。2019年中国农业大学研究团队在玉米紧凑株型性状调控分子机理研究方面取得重要进展[1]。他们基于玉米自交系W22与玉米祖先大刍草（CIMMT 8759）杂交衍生的重组自交系群体，定位并克隆了2个控制玉米直立株型的主效基因UPA1和UPA2。其中，UPA2为非编码基因，该基因在大刍草与玉米自交系W22之间存在2 bp核苷酸插入/缺失多态性，导致两者存在功能差异。大刍草UPA2基因多了2 bp的核苷酸插入，导致其DNA序列与控制叶夹角的DRL1蛋白具有更强的结合能力。DRL1可与LG1蛋白互作，抑制LG1对转录因子基因ZmRAVL1（该基因位于UPA2基因下游9.5 kb处）的表达激活作用，导致受ZmRAVL1激活的油菜素内脂合成基因brd1（即UPA1）的表达下调，降低了叶环处内源油菜素内脂水平，最终导致减小的叶夹角和紧凑株型。换而言之，大刍草来源的UPA2基因可以导致利于玉米密植的紧凑株型。研究还发现，大刍草UPA2基因类型在玉米驯化过程中已经丢失，这意味着现代玉米栽培种中导入大刍草UPA2等位基因可以改善株型，利于密植[1]。

2021年，《Nature》杂志发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所研究人员在水稻氮素高效利用研究上的重要进展[2]。利用全球收集的110份水稻农家种，开展水稻分蘖氮响应性的全基因组 关 联 分 析（genome-wide association studies，GWAS），鉴定出水稻氮高效基因OsTCP19。研究表明，OsTCP19上游调控区中一段29 bp核酸片段的缺失与否决定不同水稻品种分蘖氮响应的差异。氮响应负调控因子LBD蛋白结合在OsTCP19基因上游该29 bp核苷酸序列的附近，抑制其表达。因此，氮高效品种的OsTCP19调控区普遍缺失了该29 bp核苷酸序列。在中低氮条件下，近等基因系OsTCP19-H比对应的受体亲本Kos具有更多的分蘖数目和更高的单株产量，其产量和氮利用效率较对照分别提高了约20%和30%。值得注意的是，我国现代水稻品种中这一氮高效变异几乎全部丢失，因此OsTCP19基因功能的解析为培育施氮肥少且高产的绿色水稻品种奠定了基础[2]。

2021年，《Cell》杂志发表中国科学院分子植物卓越中心在植物抗病分子机制研究上的重要进展[3]。该研究揭示水稻钙离子感受子ROD1通过适当抑制水稻免疫水平，平衡水稻抗病性与生殖生长和产量性状的分子机制。通过对水稻抗病种质资源的筛选，研究人员鉴定到对稻瘟病、纹枯病和白叶枯病等主要水稻病害均表现出高抗的隐性突变基因rod1。正常条件下，rod1突变体生长迟缓，没有优势；但在自然病圃条件下该突变体抗病性显著，表现出更佳的长势和产量。图位克隆发现ROD1是依赖钙离子结合能力的C2结构域钙感应蛋白，可通过与过氧化氢酶CatB互作将其从过氧化物酶体转至质膜。ROD1依赖于其钙结合能力促进CatB的酶活，降解免疫反应过程中产生的活性氧爆发和细胞死亡。即ROD1和CatB构成Ca2+-活性氧信号通路负调控植物免疫，避免过度免疫导致负面效应。水稻稻瘟病菌正是利用此机制模拟具有ROD1结构的毒性蛋白，抑制植物免疫功能实现侵染目的。通过对260多份水稻材料的纹枯病抗性分析，鉴定出2个抗病性存在差异的ROD1单倍型SNP1-A和SNP1-C。其中，SNP1-A的免疫抑制能力相对较弱，表现出更强的抗病性，且SNP1-A对水稻的生长发育和产量无明显影响。这意味着SNP1-A单倍型对于创制抗水稻抗纹枯病抗病育种材料具有重要应用价值[3]。

2 基因编辑工具的革新及基因编辑技术的应用

2.1 基因编辑工具的革新

基于来自酿脓链球杆菌（Streptococcus pyogenes）CRISPR/Cas9（clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9，规律间隔的成簇短回文重复序列/CRISPR相关蛋白9）系统的基因编辑技操作简便、编辑效率高、编辑方式灵活，且产品可以不含有转基因成分，目前成为基因工程领域最热门的研究方向。相关研究在近几年内受到了科研人员的普遍关注和积极参与，获得了飞速发展，并在多种植物中得到广泛应用，为作物性状改良作出了重要贡献。我国的科研人员围绕该研究热点，积极参与基因编辑技术的革新和应用。

碱基编辑器包括胞嘧啶碱基编辑器和腺嘌呤碱基编辑器，是实现单碱基精确编辑的重要工具之一，其中胞嘧啶碱基编辑器是将胞嘧啶脱氨酶和人工突变获得的DNA切口酶（nCas9）融合，然后在单链向导 RNA（single-stranged guide RNA，sgRNA）的引导下实现靶标碱基序列C/G→T/A的转换；而腺嘌呤编辑器是将腺苷脱氨酶与nCas9融合，通过类似胞嘧啶编辑器的机制实现靶标碱基A/T→G/C的转换[4-5]。2019年，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究团队对单碱基编辑工具在水稻中脱靶效应评估进行研究[6]。研究团队将3种广泛使用的碱基编辑器即胞嘧啶碱基编辑器BE3、高保真胞嘧啶碱基编辑器HF1-BE3以及腺嘌呤碱基编辑器ABE通过农杆菌转化方法转化到水稻，然后利用全基因组测序对BE3、HF1-BE3或ABE编辑的再生水稻植株进行脱靶效应分析。研究发现，与未编辑的对照相比，3种单碱基编辑器没有显著增加插入或删除的变异类型。但是，胞嘧啶碱基编辑器BE3和HF1-BE3较ABE和对照显著增加了单核苷酸变异。该研究结果揭示胞嘧啶碱基编辑器会造成显著的脱靶效应，但是腺嘌呤编辑器不会。

2020年中国科学院遗传与发育生物学研究所2个研究团队合作构建具有双碱基编辑功能的STEME（saturated targeted endogenous mutagenesis editors），可以在作物中进行定向饱和突变，实现原位定向进化[7]。将胞嘧啶脱氨酶APOBEC3A和腺嘌呤脱氨酶ecTadA-ecTadA7.10同时融合在nCas9 (D10A)的N末端，同时将尿嘧啶糖基化酶抑制子UGI融合nCas9 (D10A)的C端，即可构建为饱和靶向内源基因突变编辑器STEME。STEME仅需1个sgRNA的引导可同时实现靶点DNA的2类碱基变异（C→T或A→G转换），显著增加靶基因碱基突变的饱和度和多样性，实现植物内源基因的原位定向进化。研究人员利用STEME成功创制了抗除草剂水稻新材料。针对水稻乙酰辅酶A羧化酶基因OsACC的编码蛋白的羧基转移酶结构域设计了200个独立的sgRNA，构建到STEME-1或STEME-NG双碱基编辑载体上。将这些表达载体分为27组转化水稻，获得约6 000株水稻再生苗。利用除草剂氟吡甲禾灵对再生苗进行抗性筛选，鉴定出4个耐除草剂的突变位点P1927F、W2125C、S1866F和 A1884P，其 中 3个 位 点（P1927F、S1866F和A1884P）为新发现突变位点[7]。

2020年6月，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究人员建立“AFID系统”（APOBEC-Cas9 fusion-induced deletion systems），该系统是一种新型多核苷酸靶向删除系统，具有高效、精准、可预测等特点[8]。研究人员基于胞嘧啶脱氨以及碱基切除修复的机制，将野生型SpCas9与胞嘧啶脱氨酶、尿嘧啶糖基化酶和无嘌呤/无嘧啶位点裂合酶组合，建立了新型多核苷酸靶向删除系统AFIDs，成功在水稻和小麦基因组中实现了精准、可预测的多核苷酸删除。通过在水稻和小麦细胞中对多个内源DNA靶点进行测试表明，利用高脱氨活性的APOBEC3A脱氨酶构建AFID-3，其介导的删除效率可达33.1%，产生从不同5’-胞嘧啶到Cas9切割位点间的多核苷酸删除，其中30%以上的删除可预测。研究人员进一步发现基于截短的APOBEC3B脱氨酶A3Bctd开发的eAFID-3系统AFID-3的删除效率更高。利用AFID-3系统靶向水稻OsSWEET14基因启动子的效应子结合元件，获得多核苷酸删除的突变体植株，经白叶枯病接种试验发现相较于1～2 bp的插入缺失，AFID-3系统产生的水稻多核苷酸删除突变体具有更强的白叶枯病菌抗性[8]。

2019年，中国农业科学院作物科学研究所与美国加州大学圣地亚哥分校合作，改进了基于CRISPR系统的靶向敲入技术[9]。该研究以RNA作为同源重组修复的供体模板，利用具有RNA/DNA双重切割能力的CRISPR/Cpf1基因编辑系统，对水稻乙酰乳酸合成酶基因片段进行精准替换，成功获得抗乙酰乳酸合成酶抑制剂类除草剂的水稻材料。研究还发现，若同时提供DNA和RNA修复模板，与仅提供RNA修复模板相比同源导向的DNA修复效率更高。因此，在构建表达载体时可在修复模板的DNA序列两侧添加CRISPR/Cpf1识别的靶点序列，在表达载体转化水稻后利用CRISPR/Cpf1的RNA/DNA双重切割功能同时产生DNA 和RNA修复模板，从而提高同源导向的DNA修复效率[9]。

研究人员发现，将DNA供体片段进行硫代修饰和磷酸化修饰能够显著增强CRISPR/Cas9介导的靶向敲入效率。利用该技术，研究人员在14个基因位点上靶向敲入各类调控元件，如翻译增强子、转录调控元件，甚至整个启动子，敲入供体片段最长可达2 049 bp。该方法在水稻中的敲入效率最高达47.3%，平均为25.0%。研究人员还设计了一种片段精准替换的策略——“重复片段介导的同源重组（tandem repeats-HDR，TR-HDR）”策略，在5个基因位点上实现了片段替换和原位标签蛋白的精准融合，效率最高达11.4%[10]。

2019年，哈佛大学David Liu的研究团队在《Nature》杂志发表了可替代碱基编辑和定点敲入功能的新碱基编辑方法——引导编辑（prime editing）[11]。引导编辑的原理是将 nCas9（H840A）和逆转录酶M-MLV融合，然后在引导编辑向导RNA（prime editing guide RNA, pegRNA）的引导下实现对人体细胞目标DNA模板的替换。其基本过程是，nCas9在pegRNA引导下切割目标位点，然后逆转录酶在pegRNA上的引物结合位点帮助下以pegRNA上的编辑序列作为模板逆转录DNA。最后被编辑的细胞通过自身修复机制，以逆转录的DNA序列替换切口处的目标DNA序列，完成靶位点的精准编辑[11]。实践证明，引导编辑介导的DNA精确编辑效率高于同源重组修复，同时又能克服单碱基编辑器的缺点，具有更高的灵活性，进一步扩展了基因组编辑应用的范畴。2020年，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究团队在作物中引入适合植物的引导编辑系统[12]。该研究团队利用植物引导编辑系统在水稻和小麦的原生质体中实现了16个内源位点的精准编辑，包括全部12种类型的单碱基替换、多碱基替换、小片段精准插入或删除，编辑效率最高达19.2%。该团队还成功获得了单碱基突变、多碱基突变及精准删除的水稻突变体植株，编辑效率最高达21.8%[12]。

2021年3月，中国科学院遗传与发育生物学研究所对植物引导编辑系统的重要改进，提高了植物引导编辑的效率并为高效设计pegRNA提供了全套方案[13]。该研究通过测试水稻内源位点发现，引导编辑系统的引物结合位点的熔解温度为30 ℃左右时，平均引导编辑效率最高。研究人员还发现，若采用双pegRNA编辑的策略，同时利用2个pegRNA分子分别靶向目标DNA的2条链进行共同编辑，比仅使用单个pegRNA分子平均编辑效率提高3倍。此外，研究人员还开发了植物pegRNA计网站PlantPegDesigner（http://www.plantgen omeediting.net/），可为使用者提供完整的pegRNA选择、设计与推荐方案[13]。

2021 年，《Nature Biotechnology》杂志在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所对植物引导编辑系统脱靶效应的系统评估结果[14]。引导编辑系统可以在基因组的靶向位点实现任意类型的碱基替换、小片段的精准插入与删除，但是其脱靶效应还缺乏系统研究。引导编辑系统对间隔序列近PAM端或PBS的5’端的错配容忍度较低，且pegRNA依赖的引导编辑在水稻内源位点脱靶效应非常低，可通过合理设计pegRNA提升该系统的特异性。随后，研究人员又评估了引导编辑系统是否造成不依赖pegRNA的全基因组范围的脱靶效应，过表达含有外源M-MLV逆转录酶的引导编辑系统对细胞内源的逆转录生物学过程、逆转录转座子的转座活性以及端粒酶的活性、高丰度mRNA及pegRNA序列的逆转录-插入的可能性等细胞内源生物学过程的影响，结果表明引导编辑系统也没有造成全基因组范围的不依赖于pegRNA的脱靶效应[14]。因此，引导编辑系统整体上具有很高的特异性。

2.2 利用基因编辑技术创制新种质

杂交水稻占水稻总种植面积的57%，为我国的粮食安全作出巨大贡献。由于杂交种子后代会发生遗传分离，无法固定杂种优势，因此需要不断的人工制种，花费大量的人力物力。2019年中国水稻研究所研究团队利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在杂交水稻中同时敲除了4个生殖相关基因，建立了水稻无融合生殖体系，实现了杂合优势的固定[15]。其中，当REC8、PAIR1和OSD1这3个减数分裂基因被敲除后，杂交稻可以产生二倍体配子和四倍体种子从而固定杂种基因型；而敲除受精相关的MTL基因后，杂交稻可以产生单倍体种子。因此，当上述4个基因同时敲除时，杂交水稻可以通过自交产生与亲本基因型一致的二倍体种子。该技术实现了杂种优势的固定，有望给作物的杂种优势利用带来新策略[15]。

2022年3月，中国农业大学和华中农业大学联合研究发现，调控玉米穗行数的基因KRN2对玉米和水稻产量均有重要影响,对该基因进行基因编辑，可以显著提高玉米和水稻的产量[16]。研究人员采用基因组学技术从野生玉米资源创制的玉米材料中鉴定出了KRN2。进一步的研究发现，在玉米驯化和改良过程中，该基因上游非编码区受到了明显的选择，导致基因表达量降低，进而增加了玉米的穗行数和穗粒数并最终增加产量。而在水稻基因组中鉴定出的同源基因OsKRN2，其控制水稻的二次枝梗数，也最终影响穗粒数和产量。类似于玉米KRN2，水稻OsKN2在栽培稻驯化和改良过程中也同样受到选择，导致基因表达量降低。KRN2/OsKRN2编码WD40蛋白，通过与功能未知蛋白DUF1644互作调控玉米穗行数与水稻穗粒数。该研究利用基因编辑技术创制KRN2和OsKRN2基因功能敲除的新材料，多年多点的田间小区试验表明，KRN2/OsKRN2敲除系分别提高约10.0%的玉米产量和8.0%的水稻产量，具有较好的应用潜力[16]。

2022年，中国科学院遗传与发育生物学研究所利用基因编辑技术改造水稻株型调控的主效基因IPA1的启动子区域可提高水稻产量[17]。IPA1编码含有SBP-box结构域的植物特异性转录因子，其功能获得基因型ipa1-1D和ipa1-2D能够使穗部增大、无效分蘖减少、茎秆粗壮、根系发达，最终提高产量。虽然IPA1基因已应用于优良水稻品种的培育，但天然的IPA1基因在增大穗部的同时会降低分蘖数，一定程度上限制了其应用潜力。为了克服天然IPA1基因的缺点，充分挖掘该基因的应用潜力，研究人员采用“平铺删除”(tiling deletion)的基因编辑策略，通过多靶点CRISPR/Cas9技术对IPA1的启动子区域进行系统性、高覆盖的片段删除，创制出各种IPA1启动子区域平铺删除的基因编辑材料。在这些基因编辑材料中筛选出1个分蘖数和穗粒数协同增加的编辑材料IPA1-Pro10。相较于对照品种，IPA1-Pro10株高变高、茎秆和根系粗壮，穗重和穗数同步增加，产量显著增加15.9%。分子机理研究表明，驯化关键转录因子An-1通过结合IPA1启动子区域内的54 bp特定顺式元件调控该基因在幼穗中的表达，进而特异性调控穗部表型。通过对IPA1上游调控序列的平铺删除，破除了产量构成因子之间负相关性的制约，提升了该基因的应用潜力[17]。

除产量构成因子之间存在负相关性外，作物的产量和抗性一般也存在负相关性。病原菌通常需要利用植物内源的感病基因来侵染植物，感病基因突变会赋予植物广谱、持久的抗病性，但往往导致生长发育的负面效应。比如，小麦白粉病是由真菌（Blumeria graminisf. sp. tritici）引起的小麦重要病害。感病基因MLO的突变可使小麦获得对白粉病广谱持久的抗性，但是同时可导致矮化、早衰、减产等负面表型[18-20]。2022年，中科院遗传与发育生物学研究所和中科院微生物所通过基因编辑破除了mlo突变体抗病性与产量之间的负相关性[21]。研究人员利用基因组编辑技术创制出大量的小麦mlo基因突变体，从中鉴定出既抗白粉病又高产的突变体Tamlo-R32。分子机理的研究揭示，Tamlo-R32基因组TaMLO-B1位点附近存在约304 kb的大片段删除，该删除改变了染色体三维结构，提升了上游基因TaTMT3的表达。提升的TaTMT3表达水平克服了mlo突变导致的不利表型。为了培育抗白粉病小麦新品种，研究人员一方面通过传统杂交和回交的策略将Tamlo-R32的抗病性状导入主栽品种中；另一方面直接利用基因编辑技术在小麦主栽品种中创制既抗白粉病又不影响产量的小麦新种质。研究人员证实，相较于常规育种，基因编辑可以大幅缩短育种进程，具有更高的育种效率[21]。

3 利用基因组技术创制新种质

2021年，《Cell》杂志发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所在异源多倍体水稻研究上的重要进展，利用从头驯化（de novodomestication）策略获得了异源四倍体水稻新材料[22]。研究人员首先确定生物量大及抗胁迫性强的CCDD型异源四倍体野生稻作为从头驯化的目标材料。通过对收集的28份异源四倍体野生稻资源的组培再生能力、基因组杂合度及田间综合性状等进行系统考察，筛选出1份适合做底盘种质材料的高秆野生稻资源（Oryza alta），将其命名为PPR1。通过四倍体野生稻的基因组测序组装，优化遗传转化体系，再利用基因组编辑技术改变其落粒性、芒性、株型、籽粒大小及抽穗期等驯化相关的重要性状，实现了异源四倍体高秆野生稻的从头定向驯化。该研究首次提出了异源四倍体野生稻快速从头驯化的新策略，旨在最终培育出新型多倍体水稻作物，从而大幅提升粮食产量并增加环境变化适应性[22]。

2021年，《Cell》杂志发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所在杂交马铃薯育种领域的突破性进展[23]。马铃薯是世界上最重要的块茎类粮食作物，全球约13亿人口以马铃薯为主食。与其他主粮作物不同，栽培马铃薯是同源四倍体物种，依靠块茎进行营养繁殖。由于四倍体生物遗传上的复杂性，导致马铃薯的遗传改良效率低、进展慢。此外，营养繁殖的方式还造成了薯块繁殖系数低、储运成本高、易携带病虫害等长期难以解决的技术问题。而发展二倍体杂交马铃薯有望从根本上解决上述问题。中国农业科学院深圳农业基因组研究所在前期解决马铃薯自交不亲和、自交衰退等技术难题的基础上，通过基因组的大数据分析制定育种策略，建立了成熟的杂交马铃薯基因组设计育种流程，培育出第一代高纯合度（＞99%）二倍体马铃薯的自交系和杂交马铃薯品系优薯1号。小区试验显示，优薯 1号的亩（0.067 hm2）产达近3 t，表现出显著的产量杂种优势[23]。上述研究成果为马铃薯育种开辟了新途径，有望引领马铃薯育种进入精准育种和快速迭代的新阶段。

2021年，河南大学利用快速渐渗技术平台改良小麦D亚基因组遗传多样性[24]。普通小麦（Triticum aestivumL）为异源六倍体物种，起源于2次杂交和多倍体化，即乌拉尔图小麦（T. urartu,AA）与拟斯卑尔托山羊草（Aegilops speltoides, SS≈BB）杂交并多倍化，形成AABB四倍体小麦，四倍体小麦与节节麦（A. tauschii, DD）杂交并多倍化，形成异源六倍体小麦AABBDD。普通小麦中D基因组的遗传多样性明显低于A和B基因组，仅有A和B基因组的16%左右，是小麦遗传改良的瓶颈。研究人员首先解析了节节麦种群的遗传多样性，完成了4个代表性节节麦的高质量参考基因组组装和解析，对来自全球范围内的278份节节麦的种质进行了重测序，再通过比较基因组学剖析和发掘节节麦中的基因组变异。随后通过整合远缘杂交、基因组学、表型组学和快速育种等技术，建立节节麦快速渐渗平台，创制了85个节节麦核心种质与‘矮抗58’等优良小麦品种的人工八倍体群体，实现了节节麦自然群体99%的遗传多样性向普通小麦品种的转移，为实现小麦D基因组从头驯化建立了系统的方法学和遗传材料基础[24]。

4 转基因作物的创制和产业化推进

我国自1997年开始商业化种植转基因棉花，经过20多年的发展，我国转基因棉花种植面积占总棉花种植面积的93%以上，国产化率超过95%。由于目前我国的大豆、食用油和玉米进口规模较大、对外依存度较高，近年来我国开始重视抗虫、抗除草剂转基因玉米和大豆的研发和产业化推广。我国2019年首次批准抗虫、抗除草剂转基因大豆和玉米的安全证书，截至2022年初已有11个转基因玉米和3个转基因大豆获得生产应用安全证书，涉及8家单位，包括：杭州瑞丰生物科技有限公司和浙江大学共同研发的转cry1Ab/cry2Aj和g10evo-epsps基因抗虫耐除草剂玉米瑞丰125；上海交通大学研发的转g10evo-epsps基因耐除草剂大豆SHZD3201；中国农业科学院作物科学研究所研发的转g2-epsps和gat基因耐除草剂大豆中黄6106；北京大北农生物技术有限公司研发的转epsps和pat基因耐除草剂玉米DBN9858，转cry1Ab和epsps基因抗虫耐除草剂玉米DBN9936，转vip3Aa19和pat基因抗虫耐除草剂玉米DBN9501，转epsps和pat基因耐除草剂大豆DBN9004，转cry1Ab、epsps、vip3Aa19和pat基因抗虫耐除草剂玉米DBN3601T；中国林木种子集团有限公司和中国农业大学研发的转mcry1Ab和mcry2Ab基因抗虫玉米ND207；杭州瑞丰生物科技有限公司研发的转cry1Ab和cry2Ab基因抗虫玉米瑞丰8，转CdP450和cp4epsps基因耐除草剂玉米nCX-1；中国种子集团有限公司研发的转cry1Ab、pat和mepsps基因抗虫耐除草剂玉米 Bt11×GA21，转cry1Ab、pat、vip3Aa20和mepsps基因抗虫耐除草剂玉米Bt11×MIR162×GA21，转mepsps基因耐除草剂玉米GA21（[25]https://www.moa.gov.cn/ztzl/zjyqwgz/spxx/）。

值得注意的是，2021年华中农业大学研发的转cry1Ab/cry1Ac基因抗虫水稻‘华恢1号’及其衍生系Bt汕优63在湖北省生产应用的安全证书续申请获批[25]。这是‘华恢1号’及其衍生系Bt汕优63的安全证书自2009年首次获批以来第二次续申请获批，为转基因抗虫水稻未来在我国的迅速产业化应用储备了关键技术。

5 结语

对主要作物的重要性状遗传基础的不断深入解析，为育种新种质的创制提供了关键的靶向基因和位点。特别是对以前育种上关注不足的野生亲缘种质和大量农家品种的利用和挖掘，大大拓宽了育种上可用的基因资源。近年来，很多重要性状（如产量、抗性、养分高效利用等）相关基因都是通过利用野生亲缘种或者农家品种作为材料鉴定并克隆的。寻找和利用 “丢失的”基因成为创制育种新种质的重要手段。可以预期，在未来很长一段时间内，充分利用野生亲缘种或者农家品种等遗传资源来发掘具有重要育种价值的基因仍然是研究的热点之一。

自以CRIPSR系统为代表的基因编辑技术诞生以来，大家对基因编辑技术研究和革新一直保持着很高的研究热度。从最开始的基因靶向敲除，到单碱基编辑、DNA片段的靶向敲入再到引导编辑等，基因编辑技术不断成熟和完善，功能也愈发的强大，成为生物育种中的重要工具。随着一些重要农艺性状基因分子机理的解析，基因编辑对于保障国家粮食安全、解决日益加剧的世界人口粮食危机表现出强大的应用潜力。2022年1月，我国农业农村部制定并公布了《农业用基因编辑植物安全评价指南（试行）》，首次规范了农业基因编辑植物的安全评价管理，是我国生物育种技术研发与产业化的里程碑事件，这标志着基因编辑作物在我国正逐步迈入产业化应用阶段。从应用实例来看，基因编辑的敲除、敲入以及饱和诱变、平铺删除等灵活多变的功能，可以创制自然界不存在的新型等位基因，破除基因自身的有害性状连锁。加之，基因编辑技术可以不引入外源DNA序列，如果可以适当简化监管，基因编辑技术则可以大大加速植物育种进程，成为作物新种质创制的一柄利器。

随着大规模测序技术的发展和成熟，以及基因组组装的算法和策略的不断完善，基于基因组层面的设计育种和从头驯化为作物育种提供了全新的思路。从头驯化的多倍体水稻以及二倍体杂交马铃薯的培育等均打破了作物育种固有的常规育种模式，实现了从0到1的育种创新。可以预期，随着表观遗传学和三维基因组等相关领域研究的不断深入，人们将可以从多个维度来认识作物基因组的表达调控的网络模式，必将为基因组层面的育种技术提供更多理论依据和新的思路。

长期以来，我国商业化种植的转基因作物主要是非食用的转基因抗虫棉。虽然转基因抗病番木瓜也实现了商业化种植，但种植面积小，影响力不大。随着市场需求的不断增长，近年来我国开始考虑逐步推进抗虫、抗除草剂转基因玉米和大豆的产业化推广。2021年，农业农村部对已获得生产应用安全证书的耐除草剂转基因大豆和抗虫耐除草剂转基因玉米开展了产业化试点工作，增产效应和生态效果显著。未来，转基因大豆和玉米的产业化应用必将大幅提高我国转基因作物的种植面积，为转基因作物的研发创造新的局面。同时，也必将引导和带动更多产业资本和社会资本参与到转基因作物的研发中，极大地加快我国转基因作物的研发进程。