基因编辑，撬动农业生产变革的新杠杆
2020年，诺贝尔化学奖花落两位杰出女性科学家——美国的Jennifer Doudna与法国的Emmanuelle Charpentier，她们因共同发明CRISPR/Cas9基因编辑技术而享誉全球。
CRISPR/Cas9技术源自细菌和古菌中天然存在的CRISPR-Cas免疫系统。这一系统允许微生物通过保留入侵病毒（或其他外源DNA）片段的记忆，然后利用这些记忆指导Cas酶精确识别并切割再次入侵的相同病毒DNA，从而实现防御。科学家们发现并解析了这一机制，并创造性地将其转化为一种基因编辑工具。这项源自微生物免疫系统的创新技术，犹如一把“分子剪刀”，能够精准定位并修改生物基因组中的任意目标序列，开启了基因操控的全新时代。
基因技术开启育种新时代
数千年来我们一直在使用传统育种方法改良作物，积累了丰富的经验和实践基础。传统的育种方式，主要依赖于自然发生的遗传变异和人工选择过程，通过品种间杂交实现基因重组。这些过程通常是安全的，公众接受度较高。但其最大的特点便是育种周期长、工作量大。从杂交、选择到新品种的稳定和推广，往往需要经历数年乃至数十年的时间。育种周期长，精确性差，遗传资源受限等局限性。
1974年，Cohen将金黄色葡萄球菌质粒上的抗青霉素基因转到大肠杆菌体内，揭开了转基因技术应用的序幕。转基因育种基于基因工程的原理，通过现代科技手段，将人工分离和修饰过的优质基因，转入到目标生物体中，获得具有特定遗传性状稳定表现的个体。这种技术能增加生物体新的特性，获得新的品种，生产新的产品。与传统育种相比，转基因育种凭借其精准、高效、跨物种等特性，能够在短时间内创造出具有特定优良性状的新品种，我国转基因棉花研究在科技部的大力支持下取得了很大进展。1992年底研制成功转Bt基因抗虫棉，将来自苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis, Bt）的cry基因植入到棉花细胞中，使棉花植株能够产生Bt蛋白，这种蛋白质对棉铃虫等鳞翅目害虫具有高度毒性，大大减少了农药的使用。除此之外，转基因抗除草大豆，转基因抗虫玉米也相继出现。但其因技术复杂受到政府严格的监管严格，在安全性方面也存在一些争议问题，部分公众对其持保留态度。
CRISPR/Cas9技术的诞生迅速引发了全球科研界的热潮。其简易的操作、低廉的成本和高度的灵活性使其迅速成为实验室的标准工具，传统育种动辄数年甚至十数年的周期，在CRISPR/Cas9面前大幅缩减。实验室环境下，短短几周即可完成基因编辑，新品种从概念走向田间的时间成本大幅降低。基因编辑育种为生物育种带来了前所未有的机遇，“基因剪刀”在影响着传统农业，基因编辑使育种的时间成本降低，使生物育种商业化成为可能。
从转基因育种到基因编辑育种，标志着育种技术从较为粗放式的基因整合转向了精细的基因序列调整，提升了育种的精准度和效率，减少了外界对于转基因带来的生态和伦理疑虑，为现代农业和生物技术产业带来了全新的发展机遇。
基因编辑育种技术全球开花
2023年5月，美国Pairwise公司在基因编辑蔬菜方面取得了一项重要成果，推出了首款基因编辑生产的蔬菜—芥菜。经过美国农业部批准后，这款基因编辑芥菜得以在美国餐饮服务行业中正式推出，成为美国市场上首个使用CRISPR技术进行基因编辑的蔬菜产品。
在日本，基因编辑育种同样得到了广泛应用。2021年初富含GABA（γ-氨基丁酸）的番茄开始在日本市场正式销售。这款番茄由于使用了CRISPR等基因编辑技术，使得其GABA含量显著高于普通番茄，达到5至6倍，这是日本市场上首个公开销售的基因编辑食品之一，标志着基因编辑技术在农业领域的应用取得了一项重要突破。
2023年7月，日本筑波大学的研究人员利用基因编辑技术，针对与甜瓜成熟和衰老过程相关的基因-CmACO1进行敲除，成功地延长了甜瓜的保存时间。编辑后的甜瓜在保持原有口感和品质的同时，能够更长时间地保持新鲜状态。这对于甜瓜的运输、销售和食用都非常有利。
中国农业科学院等多家研究机构在基因编辑技术上投入大量研究力量，并在近年来取得多项突破性成果，朱健康教授所带领的科研团队凭借基因编辑技术，已成功培育出具备高油酸含量的大豆新品种，以及富含维生素C的优质生菜品种。2023年4月，山东舜丰生物科技有限公司自主研发的高油酸大豆获得全国首个植物基因编辑安全证书。这些创新成果不仅丰富了我国的农业生物资源，也有力推动了农业现代化和绿色可持续发展。
近年来，中国政府在农业现代化和粮食安全的战略布局中明确提出要加强对农业生物技术的研发和监管。中央一号文件多次强调农业科技创新的重要性，鼓励和支持科研机构和企业开展基因技术研究，力求在国际农业科技竞争中占据领先地位。
数字赋能：迈向智能育种新时代
2024年3月，中国农业科学院与阿里巴巴达摩院联合发布了面向育种数据处理全流程的智慧育种平台。通过整合人工智能、大数据和云计算技术，服务于全球范围内的育种专家，实现育种数据的高效管理和智能预测。目前，已有来自全球23家单位的育种家使用该平台。隆平高科、大北农等龙头企业也通过研发数字化农业产品和服务，如种子基因编辑、精准种植、农业物联网技术、大数据分析等，推动农业生产和管理的现代化。
基因编辑作为引领农业科技革命的关键力量，正以前所未有的速度重塑全球种业格局。在我国政策支持与科研投入持续加码的背景下，“种业振兴”战略日益凸显其时代意义。与此同时，国际前沿理念如美国农业部玉米育种权威专家提出的“育种4.0”构想，深度融合了基因编辑、合成生物学、基因组学、生物信息学、大数据及AI技术，旨在打造智能育种新时代。
基因编辑不仅是这一全新育种模式中的核心利器，更是驱动农业向精准、高效、可持续方向发展的决定性要素。未来，通过精密编辑作物基因，我们将能够定向改良品种，解决粮食安全、环境适应性等诸多挑战，为保障全球100亿人口的食物供给奠定坚实基础。
