你見過油酸含量超過80%的大豆嗎？你吃過有特殊香味的鮮食玉米嗎？你聽說過維生素C含量超過獼猴桃的生菜嗎？位於濟南創新谷的山東舜豐生物科技有限公司植物基因編輯產業化平台上，科研人員通過具有完全自主知識產權的“基因剪刀”，讓生物育種變得更加精准高效。

作為國內首個精准基因編輯工程化研發平台的運營主體，舜豐生物自2018年成立以來，圍繞基因編輯“卡脖子”問題、共性關鍵技術，已申請專利130余項，其中PCT專利26項，獲得24項專利授權，並成功開發了20余種農作物的基因編輯體系，培育出一系列高產優質、綠色高效、營養健康、加工專用的超級新品種，形成了一批可市場化的產品。

減掉3個基因提高粳稻產量

7月20日上午，舜豐生物的水稻組培室內，一個個水稻幼胚正在培養皿裡安靜地生長。別看都是“小不點”，它們卻有著頂級的“血脈”。就在不久前，科研人員通過“基因剪刀”對它們的基因進行了改良。而這次改良，能讓它們的秸稈更粗壯、穗變大、穗粒數更多，產量提高8%－15.8%。

產品研發經理張金山告訴記者，基因是具有遺傳效應的DNA（脫氧核糖核酸）片段，它能控制生物的性狀，比如水稻的產量、玉米的高矮、生菜的維生素C含量等。

“糧食產量最大的敵人是逆境，比如高溫、干旱、高鹽鹼等。以干旱為例，植物長期喝不到水，就必須將更多的能量分配到對干旱的抵御上，而這就會影響產量。其實這跟人一樣，孩子生病會影響長身體，因為原來支撐孩子生長的能量要去對抗病毒。”張金山說，通過前期研究，他們知道粳稻的基因序列中有一支由13個基因組成的“抗旱小隊”，其中3個“帶頭大哥”能力最強。而粳稻本身就生長在水中，基本不需要考慮抗旱的問題。於是，他們通過“基因剪刀”，剪掉這些“帶頭大哥”，光合作用的產物就能更多地作用到產量上。

經過基因編輯的幼胚在30℃恆溫的組培室內長成幼苗后，就會被送入“快速育種植物工廠”。這裡的智能調控系統，可以精確模擬自然環境，粳稻幼苗在溫室內也能享受到充足的光照和水分。

“粳稻成熟后，再用這些種子進行兩至三次的迭代，就能拿到新的種質資源。”張金山說，他們團隊從2018年投入研發，2020年成功獲得了高產水稻的遺傳穩定植株。而按照傳統的育種方法，改良一個品種可能需要七八年甚至十幾年的時間。

目前，他們已經在粳稻品種中創制了2個適宜的種質資源，並在浙江、江蘇、安徽等地進行了多點產量測試，最高增產15.8%。

兩把神奇的“剪刀”

舜豐生物精准高效育種的核心技術是兩把“基因剪刀”。2018年，中國農業大學教授賴錦盛在噬菌體中發現了兩個新型基因編輯工具CRISPR-Cas12i和CRISPR-Cas12j。在全球植物基因編輯領軍科學家朱健康院士的帶領下，舜豐生物科研團隊與之合作，進行系統挖掘及深度優化，並於2021年3月正式獲得兩個新型基因編輯工具的專利授權。

“通過基因編輯技術，我們創制出世界首款香味玉米。”舜豐生物產品研發經理王飛介紹，他的團隊2019年6月開始進行香味鮮食玉米研發，僅用16個月就拿到了遺傳穩定植株，實現玉米種質的創制。

在舜豐生物的展廳內，有一個基因編輯的演示場景：自帶“導航系統”的“基因剪刀”，精准找到作物的特定基因進行切割，而基因在自我修復過程中會發生突變，實現定向改造。

“2019年12月，我們最初培育的香味鮮食玉米成熟時，我剝開玉米穗，一個個去聞，有香味的超過20%。”王飛說，隨后經過兩至三次迭代，他們成功創制了散發著稻香味的玉米種質。如今，舜豐生物已經創制出一批商業價值高的玉米新種質：株高在5%－50%范圍內精准矮化的抗倒伏高產玉米、甜糯玉米、高賴氨酸玉米、高支鏈澱粉玉米以及高直鏈澱粉玉米等。

“基因編輯可以實現種質改良一步到位，但又不同於轉基因，基因編輯完全是對基因本身的改造，沒有引入任何外源核酸。”舜豐生物項目總監牛小牧告訴記者，他們的科研是產業化導向的，不光將基因編輯技術寫成科研論文，還要讓這項技術真正造福農民、造福農業。

打造基因編輯產業集群

糧食是社稷之本，種業是糧食之基，而核心種質資源則是種業的“芯片”。為了解決種質資源的“卡脖子”問題，2018年5月，濟南市在國內率先布局了植物基因編輯產業化項目，通過政府扶持引導、頂尖團隊承接、市場化運作共同推動基因編輯這一革命性技術在生物育種領域的產業化應用。舜豐生物正是該項目成立的產業化運作公司。

“我們要通過搭建世界領先水平的植物基因編輯公共技術平台、基因編輯底層技術研發中心、上下游企業總部基地，打造集人才高地、平台支撐、共性關鍵技術研發、上下游產業聚集為一體的全鏈條科技創新孵化及產業化體系，為濟南打造‘中國北方種業之都’的目標貢獻力量。”舜豐生物運營總監汪杰介紹，他們目前已經搭建了8000余平方米的技術平台，22000平方米的研發中心，正在規劃建設10萬平方米的產業基地。

去年12月10日，在濟南植物基因編輯公共技術平台啟動活動現場，舜豐生物分別與深圳華大基因科技有限公司、先正達生物科技（中國）有限公司等企業完成了合作簽約。各企業強強聯合，將圍繞基因編輯工具和技術的創新、主要農作物優良種質的創制、特種加工用途作物性狀改良、定制化農產品研產供銷體系的搭建、營養功能強化產品在大健康產業中的應用及藥用植物功能活性物質的開發等方面開展合作。

創新之道，唯在得人。截至目前，舜豐生物已經匯聚了一支由五位院士領銜，幾十位高層次專家助力，240余位生命科學領域精英組成的高水平、多層次、國際化研發團隊。比如王飛，2018年辭去上海一所高校的工作，來到濟南建立了玉米的高效基因編輯體系，開展了近二十項玉米性狀改良工作。

“今年1月，農業農村部印發《農業用基因編輯植物安全評價指南（試行）》，標志著基因編輯技術從實驗室研究階段正式邁向實際應用領域。”汪杰表示，舜豐生物將加強針對基因編輯技術瓶頸以及衍生技術的研究，完善現代精准育種技術體系，打造種企“最強外腦”，建設有山東特色的生物育種產業創新中心，助力濟南打造“北方種業之都”，推動黃河流域現代農業引領區建設。（王健 郭茂英 張浩）

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