从论文与专利双维度视角下分析分子标记辅助育种发展态势

分子标记辅助育种是一种便捷、高效的育种技术，其打破了传统的育种方式，能够精确、快速地改良目标性状进而选育出优良品种。通过对分子标记辅助育种的论文发表和专利申请情况进行深入分析，总结了分子标记辅助育种的总体发展趋势与重点研发领域，并对比各个国家的发展现状及不同机构的研发能力，以了解目前该技术的研究方向及应用领域，并对分子标记辅助育种的发展前景作出展望。

相比于传统育种，分子标记辅助育种不仅可以极大地缩短育种年限，提高育种效率，节约大量的人力、物力，且不受时间和环境限制，还可对不同阶段及多种环境条件下（温室、异地等）的样本进行选择。在论文与专利双维度视角下，对分子标记辅助育种发展态势进行分析，可以对其研发思路、技术创新和应用方向等做出精准定位。此外，基于多样的论文和专利数据库进行双维度分析研究，是目前国家研发资源投放和有关部门进行战略部署的重要依据。

1  数据来源

关于分子标记辅助育种的论文发表情况以科学引文索引数据库扩展版（汤森路透集团 Web of Science）作为数据源，以论文发表日作为采集数据的时间标准，数据更新时间截止到 2019 年 12 月 25日。文献类型为 Article，利用期刊筛选及人工判读最终选取9201 篇论文作为本次分析的数据集。分子标记辅助育种领域专利数据来自商业数据 库 智 慧 芽 数 据 库（PatSnap），以 专 利 申 请 日作为采集数据的时间标准，数据更新时间截止到2019 年 12 月 25 日。检 索 式 同 Web of Science 中的 检 索 式，通 过 国 际 专 利 分 类（IPC，International patent classification）筛 选 和 人 工 筛 选，排 除 与 分子标记辅助育种无关的专利，最终得到 14342 件专利。最后，利用 Origin 和 Adobe Illustrator 对收集到的以上相关数据进行可视化分析。

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结果与分析

2.1　分子标记辅助育种论文及专利发展趋势　对2000-2019 年分子标记辅助育种的论文发表量以及专利申请量进行分析（图 1）：论文发表量的整体趋势表现为稳定上升，其中 2000-2015 年论文发表量呈持续上升态势，并于 2015 年达到最高值，2015-2017 年 出 现 小 幅 度 下 降，2017-2019 年转为回升势头；2000-2015 年专利申请量呈波动上升趋势，2015-2017 年专利申请量急剧上升并在 2017 年达到高峰，数据表明论文发表量和专利申请量增长趋势基本一致，可见该技术的理论研究和实际应用同步发展。

2.2　重点技术领域分析　分子标记辅助育种论文涉及多个领域（表 1），在前 10 个领域中，涉及最多的为农业领域，论文数量为 5231 篇；其次是植物科学领域，论文数量为 4271 篇；第三涉及的领域为遗传学，论文数量为 3335 篇；第四涉及的领域为生物技术应用微生物学，论文数量为 1086 篇；第五涉及的领域为生物化学与分子生物学，论文数量为 770篇，这五大领域论文数量几乎占总量的 95%（为真实反映发表论文在各重点技术领域的分布情况，统计人员将单篇论文对应多个技术领域的数据均纳入统计）。除此之外，科学技术其他专题领域、兽医科学领域、林业领域、海洋淡水生物领域以及生命科学生物医学领域均有涉及，但占比不高，这说明该技术主要应用领域聚焦于农业育种与生产等方面。

2.3　各国研发能力分析　对论文发表量排名前 10的国家进行统计，结果显示（图 2），中国的论文发表量为 2763 篇，占排名前 10 位国家论文发表总量的31%，居全球第一；美国的论文发表量为 2344 篇，占排名前10位国家论文发表总量的27%，排名第二；印度、澳大利亚、日本和德国分别以 756、539、502、491篇论文位列第三、四、五和六，表明中国近年来处于研究高产出状态，与美国共同占全球 58% 的研发份额。

由 图 3 可以看出，2000-2019 年，排名第一的中国论文发表数量总体呈现上升趋势，2000-2007 年呈现平缓上升状态，2007-2015 年连年快速上升，并在 2010 年超越美国，成为论文发表数量最多的国家。紧随其后的美国是起点最高的国家，在 2000-2009 年是论文发表数量最多的国家，论文发表数量在波动中缓慢上升。印度的论文发表数量发展趋势与美国类似，在 2014 年超过澳大利亚，成为论文发表数量排名第三的国家。排名第四的澳大利亚论文发表数量时而上升时而下降，波动平缓，但总体变化量不大。排名第五的日本论文发表数量变化也比较平缓，且自 2011 年开始有缓慢下降的趋势。可见自2007 年之后，中国在该领域发展态势强劲，论文发表数量在国际研发市场处于领先地位。

同时，本文对全球专利申请量排名前 10 的国家进行统计，如图 4 所示：中国专利申请量为 3068件，位居全球第一，在排名前 10 国家的专利申请量中占比 36% ；美国紧随其后，与中国的专利申请量不相上下，其申请量为 3022 件，在排名前 10 国家的专利申请量中占比 35% ；德国、瑞士和法国分别以727 件、346 件、262 件专利排名位于第三、四和五。可知中国与美国在分子标记辅助育种产业化方面并驾齐驱，成为该技术的主要技术创新与技术储备国家。

图5 展示了 2000-2019 年专利申请量居于世界前 5 位国家的专利申请趋势。中国的专利申请量连年上升，且在 2010 年超越美国，成为专利申请量最多的国家。排名第二的美国起点最高，在 2010年之前一直处于领先地位，之后逐渐被中国反超，美国的专利申请趋势波动幅度较大，但仍呈上升趋势。排名位于第三的德国在 2009 年达到高峰之后开始呈现波动下降趋势。排名位于第四、第五的瑞士和法国，发展趋势比较平缓，有小幅度波动。表明该技术在中美两个农业大国的市场前景广阔，中美是目前全球分子标记辅助育种技术创新的主力军。

其中，全球受理专利申请排名前 10 位国家或地区专利局分别为中国、美国、世界知识产权组织、澳大利亚、欧洲专利局、西班牙、加拿大、日本、俄罗斯和印度。中国近年在国家项目的大力支持下，在分子标记辅助育种应用方面的研究发展迅猛。目前已在水稻、小麦、玉米、大豆和油菜等主要作物中鉴定了一批与关键性状紧密连锁的分子标记，在选育后代的技术上取得一系列重大突破。由图 6 可见，中国受理了 3261 件专利，占前 10 位受理地区专利受理总量的 36%，与专利申请量趋平，表示中国分子标记辅助育种技术的“引进来”与“走出去”相当。美国在分子标记辅助育种技术创新上亦取得系列成果，其专利受理量为 1403 件，占前 10 位受理地区专利受理总量的 16%，专利申请量比受理量高出 19%，充分体现美国是分子标记辅助育种的技术“输出国”。作为全球专利布局的重要枢纽，世界知识产权组织在专利技术全球化应用中起着重要作用，分子标记辅助育种相关专利在世界知识产权组织的受理量为 954 件，占前 10 位受理地区专利受理总量的 11%，反应了该技术的国际共享度和活跃度。

2.4　论文发表与专利申请的研发机构竞争力分析　在发表关于分子标记辅助育种的论文中，论文发表量排名前 10 位的研发机构均为高校和科研院所。根据图 7a 统计可知：高校的论文发表量为 6462 篇，占发表总量的 62% ；其次为研究所，发表论文 3787篇，占发表总量的 36% ；企业发表数量最少，为 189篇，占发表总量的 2%。通过论文发表量可知，理论研究的热点机构主要为高校与科研院所，亦是基础研究的中坚力量。在分子标记辅助育种专利申请方面，由图 7b 可知：在排名靠前的机构中企业数量最多，申请的专利数量为 9698 件，在所有机构中占比 69% ；其次是研究所，数量为 3325 件，占比 24% ；高校专利申请数量最少，为 1043 件，占比 7%，同样，在专利申请过程中各机构之间也存在合作情况。通过专利申请量可知，企业主要侧重保护知识产权用以开拓技术应用市场。

将分子标记辅助育种的论文发表量和专利申请量对比分析发现，代表基础研究的高校、科研院所和代表技术创新应用的企业在两类知识产权产出方面有显著差异。对论文发表量前 10 名的研发单位统计发现，其专利申请总量远低于论文发表总量（图 8）。其中，美国农业部农业研究局发表 775篇论文，位于第一，无专利申请；排名第二的中国农业科学院发表 540 篇论文，其专利申请量亦低于论文发表量。对专利申请量前 10 名的研发单位统计发现，其论文发表总量远低于专利申请总量，前 6家研发机构中，企业占 4 家。其中，EPIGENOMICS AG 专利申请量位于第一，共申请 922 件专利，但无论文发表；华中农业大学排名第二，申请量为 439件，论文发表数量为 230 篇，是该技术领域基础研究和技术创新并举的研发机构；AJINOMOTO CO.，INC. 排 名 第 三，专 利 数 量 为 332 件，同 样 无 论 文发表。

综上，分子标记辅助育种的基础研究主要由高校、科研院所推动，技术创新以企业为主导，部分高校、科研院所共同推进。其中，华中农业大学、中国农业科学院、中国科学院、中国农业大学在着力开展分子标记辅助育种基础研究的同时，驱动了技术创新，发表论文的同时兼顾了专利技术保护。

3  结论

3.1　分子标记辅助育种领域研发活动呈现活跃态势　分子标记辅助育种经过 20 多年的发展，已经成为一项高效的现代分子育种技术，其优越性必将对作物育种产生深远的影响，并最终改变传统育种模式。由于这项技术的优越性，使得该领域受到越来越多的重视，在学术创新方面，论文产出规模连年增长，年度发文量逐年上升；在技术创新方面，专利申请量总体呈上升趋势。

3.2　分子标记辅助育种技术涉及到各类领域  分子标记辅助育种技术在后期应用过程中涉及面很广，它不仅需要将各种技术工具与目前可用于培育优良品种的相关材料有机结合起来，而且还是一个融合分子生物学、遗传学、作物育种学、计算机科学和生物信息学等多个学科的综合工程 [10]。其中分子标记辅助育种论文涉及的领域主要以农业、植物学、遗传学和生物学为主；在专利上主要的研究对象有核酸片段、植物细胞、真菌和藻类。

3.3　分子标记辅助育种越来越受到世界主要国家、国际农业组织及各类机构的重视　分子标记辅助育种领域的相关论文发表量和专利申请量均呈增长态势，虽然各类机构和各个国家所注重的领域不同，但是分子标记辅助育种的整体发展势头强劲。分子标记辅助育种研发力量主要集中在中国、美国、加拿大、德国和印度等国家，其中中国论文发表量和专利申请量遥遥领先，体现了我国在分子标记辅助育种领域的基础研究成果产出显著，并有效驱动了技术创新，为分子育种产业发展奠定了重要基础。

3.4　高校和研究机构在分子标记辅助育种中应用的侧重点不同　在论文发表方面，研究机构和高校在论文发表数量上占有优势，其中美国农业部农业研究局、中国农业科学院、南京农业大学、华中农业大学和中国科学院占有重要地位。在专利申请方面，中国、美国、德国、瑞士和法国是专利申请总数最多的国家，其中企业在专利申请总量中占比最大。由此可见，文章发表和专利申请的情况在高校与企业中刚好呈现出相反态势，这可能是因为高校更注重基础研究，而企业更追求研究的产出效益。随着世界各国技术壁垒的加剧，通过专利实现技术创新的保护越发重要，高校、科研院所在开展基础研究的同时亦应当加强相关领域专利保护力度。

4  展望

4.1　分子标记辅助育种技术将逐渐成熟　科学研究的发展不仅反映在理论和技术方法的不断发展完善方面，也反映在科技文献以及专利数量的增长方面。随着分子生物学研究的快速推进和不断深化，原来的各种分子标记已经不能满足育种的需要，新的分子标记将向更大规模、更多位点的方向发展，并具有重复性好、密度高和操作简单等优点。同时，基因芯片、生物信息学和蛋白质组学等新学科、新技术与分子标记研究相结合，以及分子生物学与基因组学等学科的突破性进展均加速了分子标记辅助育种的研究进程。近年来，低成本、高效率的测序技术使得全基因组大规模测序成为可能，从而形成了基于全基因组策略的分子选择育种。

4.2　分子标记辅助育种进行的研究和培育将越来越多样化　目前分子标记辅助育种通常被用以提高作物的抗旱性和抗病性，在水稻、玉米和小麦等粮食作物中应用最为广泛。分子标记辅助育种作为一种高效的现代分子育种技术，其研发领域逐渐成为人们的关注热点，相关论文发表和专利申请数量将持续增长。在今后，随着这方面研究的不断深入，分子标记辅助育种亦将采用更加多样化的标记技术，为作物育种作出更大贡献。（参考文献略）

● 本文选自《论文与专利双维度视角下分子标记辅助育种发展态势分析》

● 作者：邵卓  王娅丽  刘璐 　温小杰 　刘莹　王友华 

● 单位：中国农业科学院生物技术研究所； 沈阳工学院生命工程学院

● 刊于《中国种业》2021年 2 期 14-20 页  转载请注明

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