來源：中國科協(xié)科學技術傳播中心與人民網(wǎng)－人民日報海外版合作推出

      糧安天下，種業(yè)為“芯”。種業(yè)作為農(nóng)業(yè)的“芯片”，對產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關重要。

      玉米是中國第一大糧食作物，年產(chǎn)量占全國糧食總產(chǎn)量約四成。多年來，國家玉米改良中心主任、中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院作物基因組與生物信息學系教授賴錦盛深耕種業(yè)研究，帶領團隊面向玉米這個重要農(nóng)作物開展研究，在基因測序、基因編輯和生物育種等領域取得了多個“從零到一”的突破。

賴錦盛在玉米地進行研究工作。受訪者供圖

      補全基因組測序“空白”

      本世紀初，被譽為生命科學“登月計劃”的人類基因組草圖公布，點燃了基因組學的“第一把火”。隨后，玉米等多個物種的參考基因組序列草圖相繼公布。然而，由于基因組的高度復雜性，全球科研人員一直沒能實現(xiàn)對復雜生物的全基因組探索。

      科學家為什么要探索玉米等物種的基因組？賴錦盛介紹，種子在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈處于頂端位置，也是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中最能體現(xiàn)科技含量的領域?；蚪M測序作為重要的基礎工作，能夠為作物遺傳改良提供豐富的遺傳信息，推動種子培育技術創(chuàng)新。

      1996年，賴錦盛赴美國新澤西州立大學從事博士后工作，師從美國科學院院士喬基姆·梅辛教授。

      “他是全球分子生物學和基因組測序的奠基人物，在美國玉米基因組測序和其他物種基因組學研究領域做了大量開創(chuàng)性工作。”在導師的啟發(fā)下，賴錦盛回國后繼續(xù)開展玉米基因組學研究。

      2006年，賴錦盛來到中國農(nóng)業(yè)大學任教。2009年，他主持的“玉米基因組學與分子育種”課題開啟；今年6月，賴錦盛團隊在國際期刊《自然·遺傳學》上發(fā)表了論文《玉米全基因組所有染色體端粒到端粒完整無間隙組裝結果》，實現(xiàn)了在所有復雜動植物基因組中首次真正意義上的全基因組完整無間隙組裝。

      這篇論文被譽為基因組組裝和基因組學研究領域“里程碑式”突破，研究成果補全了國際玉米基因組草圖自2009年公布以來尚存的幾萬個“空白”區(qū)域，攻克了復雜動植物基因組組裝的“最后一道難題”。

      “登上月球之前，人類總有一個‘月球夢’，玉米基因組測序就是我的‘月球夢’，這是一個科研人員本能的好奇。”賴錦盛說。

      2019年，喬基姆·梅辛猝然離世，未能見到這項成果面世，這讓賴錦盛頗為遺憾。為此，他在論文的致謝部分特別標注：謹以這項研究成果紀念導師。

      突破基因編輯“卡脖子”難題

      作為生物育種領域的顛覆性技術，基因編輯技術在全球范圍內得到廣泛關注和應用。賴錦盛說，用“基因剪刀”切割不利的基因，去除不良性狀——這是基因編輯技術的一項基本應用。

      賴錦盛介紹，所謂“基因剪刀”，其實是能夠精準剪切生物體遺傳物質DNA的“基因編輯核酸酶Cas蛋白”，通過對目標基因進行靶向剪切，實現(xiàn)對生物基因組的精準微調，從而加速培養(yǎng)出具備高產(chǎn)、優(yōu)質、抗逆等優(yōu)秀農(nóng)藝性狀的作物。

      2012年，法國科學家?，敿~埃爾·沙爾龐捷和美國科學家珍妮弗·杜德納共同開發(fā)了Cas9基因編輯技術，并于2020年獲得了諾貝爾化學獎。隨后，科學家進一步開發(fā)了Cas12a等基因編輯技術。但長期以來，這些基因編輯技術的核心專利，也就是“編輯器”，被少數(shù)國家壟斷。為了推動實現(xiàn)“種業(yè)科技自立自強、種源自主可控”的目標，2015年起，賴錦盛率領團隊投入“基因剪刀”的研發(fā)工作。

      賴錦盛將研發(fā)“基因剪刀”的過程概括為“兩步走”：先是在數(shù)量眾多的微生物宏基因組中尋找有潛力切割基因的“剪刀”，然后用實驗驗證哪一把“剪刀”能夠實現(xiàn)精準切割。

      “研發(fā)工作無異于‘大海撈針’。”賴錦盛說，早期研究基因組學的經(jīng)歷幫助他在基因組大數(shù)據(jù)挖掘技術上取得突破。2021年，賴錦盛團隊成功研發(fā)出兩把屬于中國的“基因剪刀”——“基因編輯新型底盤核酸酶Cas12i和Cas12j”，彌補了中國在基因編輯底盤工具領域的技術空白，打破了國外的技術壟斷。

      目前，Cas12i和Cas12j已獲得中國內地、中國香港地區(qū)專利授權和日本專利授權，但賴錦盛仍不滿足：“Cas12i和Cas12j的編輯效率還有一定提升空間，對應的衍生技術體系和應用生態(tài)也尚待完善。此外，還需要研發(fā)更多新的基因編輯底盤工具，以滿足農(nóng)業(yè)和醫(yī)療領域基因編輯多樣性和個性化的需求。”他說。

      “定制”優(yōu)質轉基因作物

      今年中央一號文件提出，要加快玉米大豆生物育種產(chǎn)業(yè)化步伐，有序擴大試點范圍，規(guī)范種植管理。

      如何實現(xiàn)育種產(chǎn)業(yè)化？

      賴錦盛將科學研究和產(chǎn)業(yè)化看作“相輔相成”的關系：“如果生物育種產(chǎn)業(yè)化跟不上，原始創(chuàng)新就會嚴重受阻；一旦產(chǎn)業(yè)化發(fā)展步入‘快車道’，不僅能借由市場檢驗技術成果，還能獲得更多經(jīng)費來反哺科研，進一步提升我國種業(yè)研發(fā)能力和水平。”

      自2021年轉基因玉米大豆產(chǎn)業(yè)化試點工作啟動以來，賴錦盛就持續(xù)關注生物育種產(chǎn)業(yè)化工作，他也通過研發(fā)轉基因玉米，身體力行地為這項工作提供技術支撐。

      “我和團隊研發(fā)的抗蟲玉米ND207轉化體、耐除草劑玉米CC-2轉化體已經(jīng)相繼獲批國家生產(chǎn)應用安全證書，在產(chǎn)業(yè)化試驗種植中，已選育出21個玉米新品種，其中2個成為我國首批轉基因產(chǎn)業(yè)化試點推廣種植品種。”賴錦盛說。

      賴錦盛介紹，雖然中國生物育種已取得一定進展，但目前獲批安全證書的轉基因產(chǎn)品目標性狀相對單一，集中在抗蟲和耐除草劑，而產(chǎn)業(yè)化較早的美國等國家的產(chǎn)品還有抗旱、高產(chǎn)等多種類型。

      “未來幾年，轉基因、基因編輯作物產(chǎn)業(yè)化大有可為。我和團隊會面向產(chǎn)業(yè)需求，針對產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸繼續(xù)攻克科技難關，以基礎及應用基礎研究為源頭供給，持續(xù)推動玉米等作物生物育種產(chǎn)品的更新迭代。”賴錦盛說。