种子！种子！种子！
种子是农业的“芯片”，解决粮食问题，关键在种子。2022年6月2日，兰州大学“甘肃省基因编辑育种重点实验室”建设与运行实施方案通过专家论证，实验室致力于通过精准育种，提高我省育种产业的原始创新能力。建设运行近一年，实验室开展了哪些重点工作？工作中有什么创新突破之处？带着这些问题，我们访谈了甘肃省基因编辑育种重点实验室主任侯岁稳教授，副主任苟小平教授和李勃教授。
01
为什么要谋划建设
甘肃省基因编辑育种重点实验室？
种质创新是保障粮食安全的关键。从源头上保障国家粮食安全，离不开培育具有自主知识产权的优良品种。
习近平总书记多次在不同场合强调“只有攥紧中国种子，才能端稳中国饭碗”。2020年中央经济工作会议把“种子问题”列为工作重点之一，指出要开展种源“卡脖子”技术攻关，打一场种业翻身仗。2022年农业农村部先后发布《农业用基因编辑植物安全评价指南》和《农业转基因生物监管工作方案》，标志着基因编辑和转基因成为我国鼓励发展的种质创新技术领域。甘肃省政府先后发布《甘肃省种业振兴行动实施方案》和《振兴河西国家玉米繁育制种基地实施方案》，在种质创新方面布置了具体的技术攻关任务。甘肃省第十四届党代会也指出要持续落实《甘肃省强科技行动实施方案（2022-2025）》，全力推进甘肃种业振兴。
甘肃是特色农业大省，也是我国主要的玉米制种基地，河西走廊玉米年制种面积稳定在150万亩左右，产种5.5亿公斤，分别占中国玉米制种面积和总产量的55%和60%，并拥有敦煌种业、五谷种业等数十家规模以上种业企业，发展现代生物技术育种产业具有得天独厚的条件。
但是目前种业面临着生产成本大幅度上升、经济效益急剧下降、国际市场竞争力提升困难、缺乏优异核心种质资源等困境。国家种业振兴需求、保障国家粮食安全的现实需要和我们国家的种业现状，都迫切需要开展育种制种工作。
基因编辑作为当代颠覆性生物技术，可以对生物基因组的特定位点进行精准遗传操作。该技术于2012年问世，2020年即获得诺贝尔奖。基因编辑可以通过“精准育种”创制优异种质，有望在不久的将来引领农业、林业、草业和中药材产业的发展，抢占基因编辑这一技术高地是我国现代生物育种产业跨越式发展的重要机遇。
在甘肃省和学校的大力支持下，我们谋划建设了甘肃省基因编辑育种重点实验室，希望以基因编辑技术为支撑，利用具有自主知识产权的功能基因选育优异的作物遗传新材料，为玉米、马铃薯和苜蓿等的种业发展贡献力量，实现我省粮食和经济作物育种产业的内涵式发展，为农业可持续发展和乡村振兴提供有力支撑。
02
实验室有怎样的建设基础？
在育种相关技术领域有哪些积淀？
植物学和细胞生物学是生命科学学院的传统优势学科，在郑国锠院士、吕忠恕先生等老一辈科学家的带领下，兰州大学植物学和细胞生物学学科团队早在上世纪七十年代就开展了国内领先的植物组织培养、遗传转化、原生质体培养和细胞工程研究工作，在果树、百合和白兰瓜等育种方面做了很多尝试，后续学院又开展了植物重要性状功能基因挖掘、基因功能鉴定等工作，相关育种技术领域积淀超过五十年。
生物技术近年来最大的突破就是基因编辑技术。基因编辑技术可以精准地改造农作物性状，为生物育种插上腾飞的翅膀。兰州大学学科团队早在2013年就已引进基因编辑技术，并常规运用于水稻、玉米、番茄和拟南芥的遗传操作，在此领域积累了丰富的理论和实践经验。目前使用的基因编辑系统不仅可满足大、小片段DNA的剪切，还可以完成多位点同时操作，基因编辑的靶向性、成功率和编辑效率很高。该系统还可以实现等位位点编辑，使得编辑位点纯系遗传，极大地缩短育种实践的周期，已挖掘在作物改良方面具有重要应用价值的功能基因百余个。
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实验室聚焦的研究方向是什么？
一是高产作物品种培育，围绕玉米等重要作物生长发育相关的关键农艺性状展开工作，如株高、株型、穗型、叶夹角、穗行数、穗粒数等，改善作物株型不理想、不耐密植、不宜机收等方面的不足，创制在产量上具有优势的新品种。
二是抗逆作物品种培育，围绕作物适应不良环境因素的关键农艺性状开展工作，如抗盐、抗病、抗旱、抗极端温度、抗养分亏缺等，保持甚至改善作物在上述逆境条件下的生长发育和产量水平。特别针对甘肃玉米优势品种存在的不抗旱、不抗病等方面的缺陷进行基因编辑、操作的定向改良，在较短的时间内提升甘肃玉米优势品种的市场竞争力。
04
目前开展了哪些工作？
我们首先梳理多年来研究获得的调控植物生长发育和逆境抗性的功能基因，在玉米中验证其功能。
其次我们着眼提升已有玉米转化方法的效率。我们最近建成了纳米磁珠介导的玉米花粉转化平台。花粉转化能够克服有些玉米品种不易转化的问题。今年我们会在大田里大规模应用花粉转化技术，目标就是改良甘肃现有玉米优势品种在某些农艺性状上的缺陷。
我们也在优化已有的玉米胚转化技术。以前玉米转化是技术壁垒，很多老师有畏难情绪。但现在我们重点实验室拥有了自己的转化平台，可以大幅降低转基因成本，同时缩短转化周期。这为我们运用基因编辑等一系列生物育种技术提供了技术保障。
玉米育种基地建设也是一项重点工作。在玉米育种过程中，除了要在实验室构建载体外，还有大量的试验、农艺性状评价等工作要在大田完成。在学校和学院的支持下，我们在榆中校区新建了20亩的实验基地，也在景泰建成了350亩的玉米育种基地。由于受生长周期、温度等限制，本地种植的玉米每年只能生长一季。为了加速实验室育种工作，我们也和合作单位在海南三亚建立了南繁基地。
05
实验室将重点解决什么问题？
期望在哪些方面有所突破？
甘肃是玉米制种大省，全国大概超过60%的玉米种子都是在河西走廊制种，但目前很多玉米种质的产权被国外公司所控制。从长远来讲，我们希望突破生物技术育种的“卡脖子”技术，培育出高效绿色的玉米新品种。同时针对甘肃玉米优势品种存在的不抗旱和不抗病等方面的缺陷进行基因编辑介导的定向改良，争取在较短的时间内提升甘肃玉米优势品种的市场竞争力。
目前甘肃省为国外种业公司提供制种服务，但只能赚辛苦钱，如同生产苹果手机一样，大部分利润流向了国外公司。我们希望通过搭建基因编辑育种与常规育种、信息技术、智能技术于一体的育种技术平台，与甘肃省其他育种企业和科研单位合作，快速创制各种具有高产抗逆的优异种质资源，加快我省玉米、小麦、马铃薯等主要粮食和经济作物的选育进程。我们最终的目标是育出若干具有甘肃身份、中国品牌特征的突破性玉米品种，让种子不再受制于人，实现自立自强、自给自足。
06
实验室的运行机制是怎样的？
各团队怎么合作开展工作？
实验室采用“1核心+4中心”的模式，以牵头单位兰州大学的研究基地为核心，在甘肃省敦煌种业集团股份有限公司、甘肃省农业科学院、甘肃省五谷种业股份有限公司和甘肃亚盛种业集团有限责任公司分别设立联动的分中心，同时和甘肃省玉米种业研究院紧密联系，开展合作研究。
实验室基于各成员单位现有的研究基础和特色，开展优异农艺性状基因的挖掘和功能验证、基因编辑创制作物新种质、作物新品种的选育和推广示范等方面的工作，前后衔接组成基因编辑种质创新的完整产业链条。学校擅长领域是产业链中上游基础研究，鉴定、挖掘功能基因，对基因进行编辑，改良已有品种、创制新品种。新品种在大田里繁殖扩繁、在农户中推广等工作，则由合作伙伴敦煌种业等企业完成。
我们更加关注的是为企业提供生物技术支持，解决企业难题，因此我们实验室非常强调跟企业的共建和联合发展。
目前实验室也在为敦煌种业、五谷种业和亚盛种业进行玉米品种改良。通过与企业的合作，告别“单打独斗”，可以实现优势互补，合作共赢。
07
在实验室建设与运行过程中，
有什么创新突破之处？
构建种质创新的完整产业链条，既要有上游基础研究，也要有下游产业推广。我们解放思想，创新体制机制，与农科院、企业明确分工，探索多种产学合作形式，建立了密切的校企联动。过去种业公司大多与中国农业大学、中国农科院等进行合作，在基因性状功能挖掘中，我们多次到企业了解需求、洽谈合作。在先期没有经费的情况下硬着头皮做出物美价廉的东西，切实解决了企业的技术需求，企业才了解到我们的技术优势，与我们合作共建实验室，共同承担科研任务。
比如我们和敦煌种业合作，由敦煌种业选派研究人员来实验室开展工作，合作开展科学研究和人才培养。我们也聘任敦煌种业研究人员为兰州大学兼职导师、产业导师，在敦煌种业建立实习基地。在这种密集合作下，敦煌种业也把他们企业具有“秘方”性质的种质交给我们开展基因编辑育种工作。
通过建设甘肃省基因编辑育种重点实验室，与企业开展合作，也推动了我们人才培养模式和科研范式的变革。以前我们的研究工作侧重于回答科学问题，现在积极响应国家号召，坚持“四个面向”，不仅开展基础研究，还把基础研究成果应用到生物育种、生物体与环境之间的互作、人类健康等领域。我们根据需求选留、引进人才，引导新进老师在研究工作中选择企业难题、解决企业难题，针对育种、人类健康等专业相关领域的具体问题开展工作，让新进老师加入团队开展有组织的科研，更好地服务国家战略，服务区域经济社会发展。
内容来源｜党委宣传部（融媒体中心）
《兰州大学报》第1058期
文字 | 王耀辉
图片 | 李勃
编辑｜唐高阳
责任编辑｜唐高阳
主编｜李晖