基因组学的迅速崛起
通过在种子生产中修改农作物的遗传物质，科学家们在创造长期的农作物改良解决方案方面取得了令人难以置信的进步。尽管对一些人来说存在争议，但目标是让农民获得产量更高的作物，减少对杀虫剂的依赖，同时变得更加抗旱。
新的基因工程技术，例如 CRISPR（成簇规律间隔的短回文重复序列）和 RTDS（快速性状发育系统）基因组编辑，使得以特定方式更容易地修饰生物体成为可能。
据总部位于柏林的海因里希·波尔基金会称，1000 多个研究中心正在以极快的速度生成基因组序列数据。它声称，到 2025 年，基因组学数据将超过天文学数据。
识别农作物的关键基因序列并申请专利已经进行了一段时间，但将序列整合到活作物中是改变该行业的新技术。与其说是读取基因组，不如说是现在编写和重写 DNA 的能力。越来越多基于快速、灵活的“基因编辑”和 DNA 合成的基因工程技术有望使用数字和实验室工具轻松重塑农作物的 DNA 代码。
CRISPR技术
在纽约长岛，冷泉港实验室 (CSHL) 的研究科学家正在利用基因组编辑尚未开发的力量来改良农作物。它使研究科学家能够轻松地改变 DNA 序列和修改基因功能。 CSHL 目前使用西红柿，动员了 CRISPR 技术——能够增加或减少植物内特定基因表达的核酸分子片段——以快速生成植物的变种。它可以展示广泛的三个独立但关键的农业性状以提高产量：植物形状、果实大小和分枝结构。它的许多潜在应用包括纠正遗传缺陷以及治疗和预防疾病传播。该方法适用于所有燃料、饲料和粮食作物，包括小麦、玉米、水稻和高粱。
通过使用 CRISPR 技术改变调控序列，CSHL 团队正在对数量性状产生更微妙的影响。有利于商业化农业的是 CRISPR 中产生的遗传变异的灵活性，而不是删除或灭活它们编码的蛋白质……而且它最有可能提高产量性状。
“我们用每个性状展示的是使用 CRISPR 产生新的遗传和性状变异的能力，育种者可以使用这些变异来定制植物以适应条件，”首席研究员和 CSHL 教授 Zachary Lippman 在公司新闻稿中说。 “每个性状现在都可以通过调光开关控制灯泡的方式来控制，与天然 DNA 一起工作并增强大自然提供的东西，我们相信这有助于打破产量障碍。”
Yield10 生物科学
农业科技领域的另一家领先公司是总部位于波士顿的 Yield10 Bioscience，该公司于 2017 年 1 月开业。它还在加拿大萨斯喀彻温省运营油籽卓越中心。该公司专注于开发新技术，以实现作物产量的阶跃式改进，从而加强全球粮食安全。
“我们从 Metabolix 领先的作物科学研究计划中脱颖而出，重新引导生命系统中的碳流以生产产品，2016 年，我们围绕作物科学使命进行了重组和品牌重塑，”Oliver P. Peoples 博士，总裁兼首席执行官 产量10, 说。
Yield10 专注于识别新性状，以提高北美主要商业作物（包括油菜、大豆和玉米）的固有作物产量。虽然引入抗杀虫剂和除草剂的转基因特性提高了这些作物的产量，但 Peoples 表示，通过 Yield10 的附加组件可以显着提高产量。
“油菜、大豆和玉米是先进生物技术种子最有价值的市场，”Peoples 说。 “这些经济作物目前是抗除草剂或抗虫害的转基因作物，我们正在开发新的产量性状以叠加现有的优良种质。这是我们认为我们的技术可以产生最大影响的地方。”
2017 年，Yield10 与孟山都公司签署了一项研究许可，在其大豆开发计划中测试一种新型产量性状基因 C3003。它还正在开发一系列特性，以提高油料作物的含油量，这些特性可通过基因组编辑获得。 “在美国以外的地区接受基因组编辑可能会扩大我们作物产量技术的范围，”Peoples 说。
孟山都最近推出了可以抵抗除草剂麦草畏的转基因棉花和大豆种子。根据孟山都公司的数据，这些产品在短短两年内占领了超过 20% 的美国大豆田和 50% 的美国棉花田。它的目标是 2019 年超过 50% 的美国大豆市场。
“有许多公司生产转基因种子，”孟山都公司全球战略副总裁斯科特·帕特里奇说。 “如果他们愿意，他们可以选择不使用我们的产品，但我们希望确保他们有这样的选择。”
Peoples 说，Yield10 的不同之处在于它的根本重点是基于先进的代谢工程“构建更好的植物”，以发现和部署新的产量性状基因，从而提高光合作用的效率并将固定碳转化为种子或生物量。 “此外，CRISPR 基因组编辑技术及其作为分子育种工具的分类有可能显着加快商业作物和特种作物新性状的开发和商业化，”他补充道。 “现在的关键是确定要编辑的新基因目标。 Yield10 在开发中拥有丰富的性状，它计划单独和组合进行测试，以确定最有希望用于商业化的提高产量的性状。”
Cibus 全球 RTDS 技术
总部位于圣地亚哥的 Cibus Global 利用了由于转基因作物开发成本高以及全球对这些技术的接受度越来越低而在作物育种本身发生的枢纽。随着该行业从其历史上对转基因技术的关注转向通过靶向诱变的非转基因育种新领域，Cibus 正在微调一种基因编辑技术，该技术可提高作物的恢复力，同时小心翼翼地保持在转基因产品线之外。
Cibus 开发了先进的非转基因育种系统 RTDS，该系统以其非转基因方法而闻名。 “我们的第一种经济作物 SU Canola 是一种耐除草剂的作物，当植物在地面上散落时，它更容易破碎，”负责 Cibus 产品开发的 James Radtke 说。 “这是一种很容易在实验室中使用的作物，而且我们直接销售。”
Cibus 希望成为一家与合作伙伴合作的基于特质的公司。它还致力于亚麻、大米和土豆的项目。马铃薯不太容易患晚疫病——1845 年马铃薯饥荒背后的真菌病——而且它的水稻和亚麻还具有除草剂耐受性。
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