对话“中农种源”李奎教授:基因编辑优良种猪迎来突破,我国农业动物培育有望国际领跑

中国是世界猪肉消费和生猪养殖大国,14亿国人一年能吃掉大约7亿头猪,每年猪肉消费量约占全球50%的份额。然而生猪育种产业却相对滞后——生猪育种业大而不精,优质的种猪资源大多被国外企业所垄断,我国需要进口高效种猪以维持繁育。

优良种猪具备效率高、繁殖多、肉质佳、抗病性强等特点,拥有自主培育的优质种猪,并实现稳定、高质量的育种扩繁,关系到生猪种业的长期稳定,更直接关系到国家“肉篮子”安全。

优质种猪,亟需实现自主供应。

今年VC与CVC首次押注基因编辑培育种猪项目,让我们看到了行业的曙光。2022年12月、2023年8月,农业动物设计育种公司--中农种源(深圳)科技有限公司(下文简称“中农种源”)分别获得来自未来光锥、联想创投的投资,成为国内首个获得融资的基因编辑培育种猪企业。

中农种源创始人李奎认为:“我国生猪基因编辑育种起步并不晚,且在相关技术和育种材料方面上存在一定优势,如果能较快推进产业应用,在生产实践中检验和提高,则领跑世界的可能性很大。”

我国如何依托基因编辑技术保障优质种猪的稳定供应?口感更佳、疾病更少、供应更充足的国产改良猪何时能端上餐桌?联想创投《科技瞭望塔》栏目深度对话中农种源创始人李奎教授,围绕基因编辑技术如何实现我国种猪创新突破等问题进行了深入探讨。

中农种源依托中国农业科学院深圳农业基因组研究所成立,致力于猪前沿育种技术研发和高性能原始种猪创制,目前团队育成了抗蓝耳病、抗传染性胃肠炎、高瘦肉率、双基因编辑抗三种重大疫病、三基因编辑优质高产抗病等多个基因编辑原创性新材料,并完成相关专利布局。所持有的三个脂代谢模型猪新品系已获得中国实验动物新资源证书,是首次通过鉴定的基因编辑猪疾病模型新品系。

应用基因编辑实现种猪优良品种繁育,在全世界范围算是新兴科技航向,对生猪的市场格局将产生革命性影响。该赛道的玩家们一边积极进行技术的深度积累,一边等待规模市场化的临门一脚。

李奎教授表示,基因编辑育种实现产业化是一个系统化的工程,不仅需要充足的基因编辑技术和育种群储备,而且需要政策支持和大量的资金投入。中农种源希望与产业各方携手,推动实现种业科技自立自强、种源自主可控,用基因编辑技术保障国家“肉篮子”安全。

访谈内容精选整理:

联想创投:基因编辑技术被称为“上帝的手术刀”,您能描述下“手术过程”吗?

李奎教授:自然界中的基因变异(包括DNA碱基缺失和突变)是时刻发生的,其中不少基因变异也引起明显的表型改变。我们常说“龙生九子,各有不同”就是表述这种变化。我们所说的基因编辑,就是通过核酸酶定向实现基因碱基缺失和替换,它实际上是一个学习自然、“道法自然”的过程。通常情况下,育种工作就是筛选这些自然发生的基因变异,但这些自然变异没有目的,产生的基因变异也是不可控的,并且筛选和稳定自然变异性状的时间一般也比较漫长。而基因编辑技术本质上是通过学习自然变异的基本规律,有目的地从基因组层面大规模寻找表型变异与基因变异的关系,最终通过实验室加速基因变异的过程。

联想创投:这个不同于转基因技术?

李奎教授:大家熟知的转基因技术是将外源基因导入目标基因组,基因编辑技术是指模仿自然,加速突变,进行目标基因组内部的缺失和碱基替换,与转基因技术有明显的区别。

联想创投:基因编辑技术应用到培育种猪上,具体是一个什么样的流程?

李奎教授:目前主要还是依靠体细胞克隆技术,首先我们需要获得常规育种培育出来具备效率高、繁殖多、肉质佳、抗病性强等特点的种猪的细胞,一般我们会评比选出的表现优异的“冠军猪”,在挑选出的“冠军猪”细胞基础上,结合我们的需求进行改良,再将改良后的细胞通过体细胞克隆方法获得胚胎,最终将其植入母猪体内,以“传输”的方式完成生产。体细胞克隆是复制,而基因编辑育种是对基因组进行有目的的定向改变。

联想创投:育种行业常说“育种就像开盲盒”, 我们培育种猪面临的实际难题会更大吗?

李奎教授:农业生物育种应用之所以困难,主要是因为我们对性状的遗传基础不清楚,这就是我们常说的“盲盒”,并且多数重要经济性状由多基因控制,实现某个优良性状的稳定遗传往往需要多个世代的连续选育。猪的繁育周期长、花费多,难度更大。

目前的基因编辑育种主要针对重大目标性状开展工作,在优先针对基因功能明确、功效强的基因展开基因编辑应用的同时,产业还应该通过全基因组的选择来提高基因编辑育种群的综合生产性能,“两条腿走路”,将两种技术结合应用,既可以实现猪的遗传改良,也可以同时分析解决基因和表型的关系,还能解析基因和其他基因的关系,加深我们对猪重要性状遗传基础的了解。

目前猪基因编辑育种的主要瓶颈是可用于编辑且功能明确的基因太少。国内外有很多从业者在从事猪基因组工作,基因编辑育种现在可以说是刚刚起步。随着猪基因组的深入解析,重要性状调控基因的明确,今后的前景会越来越广阔。

联想创投:基因编辑并不难,难的是精准编辑,我们如何做到精准编辑?

李奎教授:在猪育种技术这一块,中农种源核心团队上世纪80年代做常规育种和细胞遗传学,90年代开始做分子标记辅助和转基因育种, 2011年开始做基因编辑育种,应该说有一个很好的基础和技术积累。

我们团队经历了从模仿到跟随,再到技术改进,最后进行自主创新的过程。中农种源原创性地开发出了独有的多基因编辑技术、靶标筛选技术,并且拥有了自主开发的基因编辑工具酶和碱基编辑器,实现了对基因的精准删除和剪辑。我们的育种材料数量已经超过了国外,并且专利的数量也处于领先地位。

联想创投:您作为我国著名的动物遗传育种专家,从21岁就开始从事动物遗传育种研究工作,您什么时候看到了国内基因育种产业发展的良好苗头?

李奎教授:我大学毕业分配到华中农业大学工作,这个学校是我国猪育种的优势单位。我从上世纪80年代就在华中农业大学老一辈专家的指导之下开始做猪基因组的解析和猪育种相关工作。在1996年我成为了华中农业大学教授、动物遗传育种系的主任,当时国家就已经非常重视猪基因育种工作了,我的团队也参与到很多国家级的科研项目中。上世纪90年代,我们就已经着手进行地方猪的改良工作,以我国优良地方猪种通城猪为素材,培育出“鄂青一号”优质猪。同时开展了我国地方猪遗传资源的收集和分子评价工作,当时我还成为联合国粮食组织的动物遗传资源保护全球发展战略专家组的成员。我在华中农业大学工作了近20年,主要做的是常规育种和基因组分子标记辅助育种。

后来我工作调动到中国农业科学院工作,担任猪基因工程和种质创新团队首席科学家。当时国家专门设立了转基因生物新品种培育重大专项,高强度资助家畜基因编辑技术研发和育种材料创制,涉及物种包括水稻、玉米、大豆、小麦、棉花等作物,也包括猪、牛、羊等家畜,我也成为这个项目的主要参与人之一。在国家政策的大力扶持下,我切实感受到基因编辑育种事业的重要性。

联想创投:是在怎样的机缘下,您决定走出实验室踏上创业之路?目前公司已经做好了产业化的准备吗?

李奎教授:国家,特别是深圳产业化政策很鼓励科学家创业,在这种环境感召下,经过中国农业科学院深圳农业基因组研究所同意,我们成立了中农种源。猪基因育种目前还是一个全新的领域,充满了希望和挑战。

产业化方面,我们已经拥有一定的市场布局。中农种源以及其依托的中国农业科学院北京畜牧兽医研究所和深圳农业基因组研究所研发团队,先后有数十种基因编辑猪育种新材料获准开展系统的评价工作。这些育种材料主要针对抗病和高产等主要经济性状,比如抗蓝耳病、瘦肉产量等。我们均同时进行了全面和有效的专利布局。

除了农业方向,我们在医学方向也有布局,团队目前拥有脂代谢、心梗和雄性动物繁殖等多种基因编辑小型猪模型群体,群体病理表型明显,均一性和遗传稳定性好,可以有效开展新药评价等工作。

联想创投:中农种源是国内第一家拿到融资的基因编辑培育种猪的企业,这在整个行业产生了哪些影响?

李奎:非常感谢联想创投、果壳基金等机构对中农种源的支持。中农种源拿到融资后,有不少科学家朋友都来咨询我创业的事情。我的同事和朋友中从事动物基因编辑技术创业的也有不少,但主要集中在生物医药领域,应用于农业的较少。毕竟技术商业化也遵从商业化的逻辑,如基因编辑育种,为生猪养殖业降低了疾病发病率和生物防控成本,更强化了食品安全,提高了出栏率;但技术的成本和盈利需要平衡,单基因猪和多基因猪成本也不一样,产业化需要进行系统统筹。

此外,猪基因编辑育种技术依然有广阔的改进和提升空间。随着猪基因组的不断深入解析,可用基因和可编辑性状会日益增加。精准编辑和多基因编辑也需要不断优化和提升。基因编辑育种的能量巨大,基因编辑技术是需要长期深耕的领域。我们需要在技术上持续改进保持领先,才能在政策、资金等条件具备后,快速实现技术的产业化落地。