丁陳君，吳曉燕，陳云偉，陳方，張志強，陶誠，沈毅，楊明

·綜 述·

中國基因技術領域戰(zhàn)略規(guī)劃框架與研發(fā)現(xiàn)狀分析及建議

丁陳君1，吳曉燕1，陳云偉1，陳方1，張志強1，陶誠2，沈毅2，楊明2

1 中國科學院成都文獻情報中心，四川 成都 610041 2 中國科學院發(fā)展規(guī)劃局，北京 100864

文中簡要介紹中國政府和中國科學院在基因技術研究領域的科技戰(zhàn)略框架，以及在此指導下，中國研究人員取得的卓越進展，并通過文獻計量和專利分析的方法揭示中國基因技術研發(fā)現(xiàn)狀。無論在論文數(shù)量和質量，還是專利申請數(shù)量方面，中國都有了顯著提升，但在國際合作和產學研結合方面仍有待加強。未來中國還需要抓好頂層設計，加強政府引導和監(jiān)管，引入企業(yè)和社會的多方投資，加大科普宣傳力度，預防生物安全和生物安保風險等?；蚣夹g領域的創(chuàng)新和突破將為現(xiàn)代化產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供主要的技術推動力，為中國生物經濟發(fā)展注入新的活力。

基因技術，戰(zhàn)略規(guī)劃，文獻計量，專利分析

基因技術是用于一系列與理解基因表達、利用自然遺傳變異、修飾基因和將基因轉移到新宿主等相關研發(fā)活動的技術，是生物技術的核心和關鍵。早在20世紀70年代末，人類就利用基因技術將人工合成的人胰島素基因克隆到大腸桿菌中來生產胰島素。隨后逐漸興起的基因組研究，開啟了生物技術研究的大科學運作模式。1990年人類基因組計劃在美國正式啟動，隨后英國、法國、德國、日本和中國也紛紛加入了該計劃。人類基因組草圖的完成極大地促進了基因工程技術的發(fā)展。

隨著基因組測序技術、合成生物學技術、基因編輯技術等新興技術的不斷涌現(xiàn)和發(fā)展，基因技術也迎來了新的發(fā)展時期。各國對基因技術相關領域都作出了新的規(guī)劃和布局。以美國、英國、中國3個全球主要經濟體為例，作為美國生物經濟發(fā)展戰(zhàn)略綱領的《國家生物經濟藍圖》提到美國生物經濟的增長主要有賴于三項技術的發(fā)展：基因工程、DNA測序以及生物分子的自動高通量操作[1]，這3項技術屬于基因技術范疇或與之緊密相關。英國政府對生物科技領域一直十分重視，自2010年1月起，英國多個生物科技領域的五年計劃中的戰(zhàn)略優(yōu)先發(fā)展領域都以基因技術作為核心支撐[2-3]。中國也已經把基因技術作為生物技術領域前沿技術發(fā)展的關鍵性基礎技術進行全方位布局。本文主要論述中國和中國科學院在基因技術研究領域的科技戰(zhàn)略框架，以及在這一框架的指導和資助下該領域取得的重要成果。

1 基因技術研究在中國的科技戰(zhàn)略地位

1.1 國務院和國家部委的規(guī)劃布局

《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要 (2006–2020年)》[4](以下簡稱《綱要》) 對基因技術的頂層設計標志著該領域在國家戰(zhàn)略層面的重要意義?！毒V要》在農業(yè)重點領域中將種質資源發(fā)掘、保存、創(chuàng)新與新品種定向培育作為優(yōu)先主題。與此同時，轉基因生物新品種培育、重大新藥創(chuàng)制、艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治三項重大專項均與基因技術密切相關。作為八大前沿技術之一的生物技術，其未來深入發(fā)展離不開基因組學、蛋白質組學等遺傳學基礎學科研究的引領作用?！毒V要》將靶標發(fā)現(xiàn)技術、動植物品種與藥物分子設計技術、基因操作和蛋白質工程技術、新一代工業(yè)生物技術等新興技術作為生物技術領域未來發(fā)展的重點方向，這也賦予了基因技術新的內涵和外延。在面向國家重大戰(zhàn)略需求的基礎研究方面，基因技術相關研究也發(fā)揮著至關重要的作用，例如人類健康與疾病的生物學基礎研究、農業(yè)生物遺傳改良和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的科學問題研究。此外，“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃就基因技術相關研究部署了國家科技重大專項和重大工程。

與《綱要》相比，科技部、發(fā)改委等國家部委對基因技術的規(guī)劃和布局則更為聚焦?？萍疾堪l(fā)布《“十二五”生物技術發(fā)展規(guī)劃》從基礎研究、需要突破的核心關鍵技術、重大產品和技術體系以及生物技術創(chuàng)新能力建設四個方面對基因技術研究和開發(fā)加以前瞻布局和系統(tǒng)規(guī)劃[5]。《“十三五”生物技術創(chuàng)新專項規(guī)劃》將新一代基因操作技術作為需要突破的顛覆性技術提出[6]。發(fā)改委先后制定發(fā)布了生物產業(yè)“十一五” “十二五” “十三五”發(fā)展規(guī)劃，圍繞基因技術相關領域設計了促進產業(yè)化發(fā)展、創(chuàng)新體系建設、服務平臺構建等內容。2018年2月28日，由科技部牽頭，16部委啟動《國家生物技術發(fā)展戰(zhàn)略綱要》的編制工作。該戰(zhàn)略綱要聚焦 4個部分：在研判中國生物技術及產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、分析與國外先進水平存在的差距的基礎上，明確經濟社會發(fā)展對生物技術創(chuàng)新的客觀需求，科學分析國際生物技術發(fā)展趨勢，確定中國未來主攻方向。該戰(zhàn)略綱要的編制是從國家戰(zhàn)略層面統(tǒng)籌加強生物技術領域頂層設計的重大舉措，是貫徹實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略、推動中國科技強國建設和實現(xiàn) “兩個一百年”奮斗目標的戰(zhàn)略性部署，將成為中國生物技術中長期發(fā)展的戰(zhàn)略性行動指南[7]。

在上述框架的指導下，中國啟動了多項意義深遠的重大項目，將為科學家提供更有效的生物資源挖掘和改造策略，促進人口健康、生物多樣性、進化和生態(tài)保護、工農業(yè)生產等多個領域的重要基礎科研和應用轉化。由哈爾濱工業(yè)大學牽頭的國家重點研發(fā)計劃精準醫(yī)學研究重點專項之“中國十萬人基因組計劃”于2018年1月啟動。該項目將選擇 十萬中國自然人作為研究對象，進行基因組、暴露組、表型組等組學研究，精細繪制中國人基因組變異圖譜、中國人多組學健康地圖，揭示中國人群特有基因組變異、變異頻率及其影響，為個性化醫(yī)療與健康管理提供參比數(shù)據(jù)資源，對加快推進健康中國的建設具有重要意義[8]。2017年7月，由華大基因研究院牽頭的“萬種植物基因組計劃”在深圳國家基因庫啟動。該項目將在5年內通過全球的廣泛合作、全面的資源搜集以及系統(tǒng)的科學設計和研究，對10 000種植物的基因組進行測序，以推進生物多樣性、進化、生態(tài)保護及各種重要基礎科研和農業(yè)應用轉化問題的研究[9]。2017年10月，由世界微生物數(shù)據(jù)中心 (WDCM) 和中國科學院微生物研究所牽頭聯(lián)合全球12個國家的微生物資源保藏中心共同發(fā)起的“全球微生物模式菌株基因組和微生物組測序合作計劃”正式啟動。該計劃將在5年內完成超過1萬種微生物模式菌株基因組測序，覆蓋超過目前已知90%的細菌模式菌株，完成超過 1 000個微生物組樣本測序，覆蓋人體、環(huán)境、海洋等主要方向，在微生物基因組和微生物組資源共享和挖掘方面建立一套國際標準體系，建立全球權威的微生物組學參考數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析平臺，研究微生物組與人體、作物、環(huán)境等生態(tài)系統(tǒng)的相互作用，發(fā)現(xiàn)微生物組與人體健康、農業(yè)生產和環(huán)境等的物質和信息交流機制，為解決影響中國人口健康、環(huán)境污染治理及工農業(yè)生產中存在的問題，提供新的理念和顛覆性技術[10]。

1.2 中國科學院的規(guī)劃布局

中國科學院作為中國自然科學最高學術機構、自然科學與高技術綜合研究發(fā)展中心，同樣高度重視基因技術的研究和開發(fā)。自2006年以來，部署了知識創(chuàng)新工程，著重建設“1+10”科技創(chuàng)新基地。其中與基因技術相關的科技創(chuàng)新基地主要有人口健康與醫(yī)藥創(chuàng)新基地、先進工業(yè)生物技術創(chuàng)新基地和現(xiàn)代農業(yè)科技創(chuàng)新基地。經過10年時間的發(fā)展，知識創(chuàng)新工程取得了多項具有國際影響力的重大科技成果，培養(yǎng)和造就了創(chuàng)新型高素質科技人才，為提升中國和中國科學院知識創(chuàng)新能力發(fā)揮了不可磨滅的作用。

進入新的歷史時期，中國科學院基于當前的經濟社會面臨的巨大進步和挑戰(zhàn)制定了新的科學技術框架——《“十三五”發(fā)展規(guī)劃綱要》[11]。依據(jù)該規(guī)劃綱要，中國科學院選取了八大創(chuàng)新領域和兩類公共支撐平臺，并以此為基礎凝練60項重大突破方向和80項重點培育方向，借以優(yōu)化科技布局，實現(xiàn)跨越式創(chuàng)新?；蚣夹g的相關內容主要在生命和健康領域有所設計和布局，但在能源領域的能源生物技術、海洋領域的海洋生物技術以及數(shù)據(jù)和計算平臺中的基因大數(shù)據(jù)研究等方面也有所涉及。在體制機制方面，按照“率先行動”計劃的發(fā)展戰(zhàn)略，到2020年，中國科學院將三分之一左右研究所建成具有重要影響力、吸引力和競爭力的國際一流科研機構，在部分優(yōu)勢學科領域形成5–10個具有鮮明學術特色的世界級科學研究中心，這是中國科學技術跨域發(fā)展和創(chuàng)新型國家建設的標志性成果。從目前機構分類改革結果來看 (截至2018年2月 2日)，中國科學院已經在基因技術研究和應用方面設立了分子植物科學卓越創(chuàng)新中心、生物大分子卓越創(chuàng)新中心、分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心、動物進化與遺傳前沿交叉卓越創(chuàng)新中心、生物互作卓越創(chuàng)新中心，以及種子創(chuàng)新研究院等。

在項目設置方面，中國科學院自“十二五”期間以來，自主部署和組織實施了“跨所、跨領域、跨學科”的重大科技任務——戰(zhàn)略性先導科技專項。該專項分為前瞻戰(zhàn)略科技專項 (A類) 和基礎與交叉前沿方向布局 (B類) 兩類。自2011年首批先導專項啟動以來，截至2018年3月1日，中國科學院共啟動A類先導專項17項，B類先導專項24項，與基因技術應用相關的專項包括分子模塊設計育種創(chuàng)新體系 (A類)、作物病蟲害的導向性防控——生物間信息流與行為操縱 (B類)、動物復雜性狀的進化解析與調控 (B類) 和細胞命運可塑性分子基礎與調控 (B類) 等先導專項。新設立的卓越中心以重大科學問題為核心，以先導專項等重大重點項目為牽引，以國家重大科技基礎設施為抓手，解決了一系列關系國家和區(qū)域發(fā)展的基礎性、戰(zhàn)略性、前瞻性科技問題，已成為有影響力的國際頂尖卓越科學中心與人才集聚高地。

綜上所述，中國從國家、相關部委到綜合性國立科研機構都十分重視基因技術領域的規(guī)劃布局，同時也設置了相應的項目資助，極大地推動了該領域的快速發(fā)展，從近幾年中國在該領域取得多項世界領先成果方面也可見一斑。

2 基因技術相關研究國際和中國研發(fā)態(tài)勢分析

2.1 論文分析

2.1.1 數(shù)據(jù)來源和方法

本節(jié)利用Web of Science平臺中的科學引文索引擴展版 (Science citation index expanded，SCI-E)數(shù)據(jù)庫，以Web of Science分類下“GENETICS HEREDITY”類別中收錄的期刊近20年 (1999–2018年) 發(fā)表的研究論文為數(shù)據(jù)源，共獲得481 166篇論文 (檢索時間為2019年7月19日)。通過文獻計量方法，分析全球基因技術相關的發(fā)展現(xiàn)狀、合作情況和中國的研究水平。通過比較中國與美國、英國等國家的基因技術發(fā)展的差異，尋找合作機會。

2.1.2 主要國家科研表現(xiàn)分析

從發(fā)表論文數(shù)量表現(xiàn)來看 (圖1)，美國排在全球第一位，共發(fā)表論文182 545篇，優(yōu)勢顯著，是排名第二的英國發(fā)文量的近4倍；中國排名第三，共發(fā)表論文40 722篇。其中，英國的數(shù)據(jù)包括英格蘭、蘇格蘭、威爾士和北愛爾蘭地區(qū)。中國的數(shù)據(jù)包括中國大陸和港澳地區(qū)。

圖1 基因技術研究領域發(fā)文量TOP10國家

從發(fā)表論文數(shù)量的增長趨勢表現(xiàn)來看 (圖2)，在美英中三國中，中國近幾年的發(fā)文量增長最為迅速，2013年已超過英國；其次是美國，也表現(xiàn)出總體增長趨勢；英國的發(fā)文量則基本趨于平穩(wěn)。未來，隨著科技規(guī)劃的更加合理化，科研投入力度的不斷加大，中國在該研究領域的發(fā)展有望繼續(xù)保持良好勢頭。

從發(fā)表高質量論文的表現(xiàn)來看 (圖3)，美國仍然位列第一，共發(fā)表高被引論文967篇；英國排名第二，共發(fā)表高被引論文347篇；發(fā)文量排名第四的德國在高被引論文方面排在第3位；中國的高被引論文發(fā)表量為144篇，排在第8位。這一差距說明中國在科研影響力方面與國際先進水平仍存在差距。不過，中國的高被引論文數(shù)量在近幾年已表現(xiàn)出顯著增加趨勢，與美、英等國的差距逐漸縮小 (圖4)。

圖2 基因技術研究領域中美英三國論文數(shù)量年度變化

圖3 基因技術研究領域高被引論文發(fā)表量TOP10國家

2.1.3 主要研究機構科研表現(xiàn)分析

1) 國際主要研究機構分析：表1顯示了全球基因技術研究領域發(fā)文量TOP10機構。其中，哈佛大學排名第一，共發(fā)表論文8 931篇；排在第2和第3位的華盛頓大學和賓夕法尼亞大學分別發(fā)表論文5 731篇和5 347篇；中國科學院排在第 4位，共發(fā)表論文5 237篇，這也是中國唯一進入發(fā)文量前十的機構。在發(fā)文量TOP10機構中，有5家機構均為美國高校，顯示出美國相關研究機構在這一領域的全球引領地位。

2) 中美英代表性研究機構分析：本研究選取中美英各國發(fā)文量相對較多的機構中國科學院、哈佛大學和牛津大學為代表性機構，觀察這3個機構發(fā)表論文數(shù)量的年度變化趨勢 (圖5)，中國科學院的發(fā)文數(shù)量增長趨勢較為明顯，在2012年已大幅超過牛津大學；牛津大學發(fā)文數(shù)量總體呈緩慢增長趨勢；哈佛大學發(fā)文數(shù)量在1999–2015年期間增長趨勢明顯，而在2016–2018年間論文數(shù)量急劇下降，原因之一可能與該校調整研究布局有關，其二可能是特朗普政府大幅削減科研經費 (在2018年財政年度預算中要求削減國立衛(wèi)生研究院18%的財政預算，降至15年以來最低水平[11])，導致科研活動的活躍度下降。此外，“美國優(yōu)先”政策從一定程度上也阻礙了廣大科研合作項目的開展，減少了科研人員的交流。

圖4 基因技術研究領域中美英三國高被引論文數(shù)量年度變化

表1 全球基因技術研究領域發(fā)文量TOP10機構

圖5 基因技術研究領域中美英代表性機構論文數(shù)量年度變化

3) 中國主要研究機構分析：中國在基因技術研究領域共發(fā)表40 722篇論文，其中中國科學院以 5 237篇發(fā)文量排名首位，占中國發(fā)文量的12.86% (圖6)。除了中國科學院、中國農業(yè)科學院是綜合性研究機構以外，其余8家機構均為高校 (圖6)。這8所高校在基因技術研究領域的發(fā)文量之和約為中國科學院的1.77倍。

2.1.4 主要國家合作情況

在發(fā)表高被引論文的國家合作網(wǎng)絡圖 (圖7)中可見 (僅顯示合作論文數(shù)量前25位國家，圓圈大小代表合作論文數(shù)量，國家與國家之間連線代表兩國之間論文合作的數(shù)量)，美國與英國之間的合作關系最為緊密，此外，這兩個國家與加拿大、德國、法國、瑞典、荷蘭和澳大利亞等也有較強的合作關系。中國共有36篇論文與英國合作，82篇論文與美國合作，而英國和美國之間的合作論文數(shù)量達到230篇。

圖6 中國基因技術研究領域發(fā)文量TOP10機構

圖7 在高被引論文發(fā)表國家中，合作強度前25位國家合作網(wǎng)絡

2.2 技術發(fā)明專利表現(xiàn)分析

2.2.1 數(shù)據(jù)來源和方法

本節(jié)利用IncoPat科技創(chuàng)新情報平臺，以“IPC=(C12N15/* OR C07H19/* OR C07H21/*) and PD=[19990101 to 20181231]”為檢索式，進行簡單同族合并，研究近20年公開的全球基因技術相關專利的分布情況。

2.2.2 年度趨勢

近20年公開的全球基因技術專利申請數(shù)量共計388 306項。從圖8可以看出，近20年公開的相關專利數(shù)量基本維持在16 000項以上，保持較高的專利研發(fā)熱度。2000–2002年期間，專利申請數(shù)量急劇增長，從2000年的16 420項增至2002年的26 335項；其后，專利數(shù)量慢慢降至2007年的 16 725項；而后又慢慢地回升，2018年公開的專利數(shù)量已經達到21 947項。

圖8 專利家族數(shù)年度變化態(tài)勢圖

2.2.3 主要專利申請人國別分析

從申請人國別分布來看 (圖9)，來自美國申請人的基因技術發(fā)明專利數(shù)量最多，占全球總量的46%，幾乎占據(jù)半壁江山；中國位居第二，占全球總量的17%；再次是日本 (占13%)。

從專利申請數(shù)量TOP5國家年度的增長趨勢來看，由圖10可見，21世紀初期，美國、中國、德國和日本的基因技術發(fā)明專利申請數(shù)量都出現(xiàn)過短暫的急劇增長階段，然后快速回落。中國出現(xiàn)得較早，在2002年左右，美國出現(xiàn)在2003年左右，日本出現(xiàn)在2006年左右?？傮w來說，美國相關專利保持較高的產出水平，但2003年之后一直處于下降狀態(tài)；日本于2005年和2006年出現(xiàn)小高峰之后就逐年下降；中國在2003年回落至772項之后持續(xù)快速增長，于2010年趕超日本，2015年和2017年超過美國，而后成為專利申請數(shù)量排名第一的國家。德國和韓國的專利申請體量較小，德國整體呈現(xiàn)緩慢衰減趨勢，韓國表現(xiàn)出緩慢攀升，至2015年后開始回落。

2.2.4 主要專利申請人分析

從主要專利申請人的表現(xiàn)來看，由表2可知，基因技術發(fā)明專利申請數(shù)量最多的機構是瑞士羅氏公司，遙遙領先于其他機構。TOP10機構中有 6家來自美國，2家來自瑞士，2家來自中國。10家機構中只有2家是研究機構 (加州大學和中國科學院)，其他8家都是企業(yè)。

圖9 專利申請人國別分布圖

圖10 TOP5國家專利家族數(shù)年度增長趨勢

表2 基因技術發(fā)明專利TOP10申請人統(tǒng)計

2.3 小結

通過對基因技術領域論文和專利分析發(fā)現(xiàn)，與其他國家相比，中國近幾年論文發(fā)表和專利申請的增長速度非?？欤趪H科研合作方面還有待加強，需要進一步打開國門，在重視自主創(chuàng)新的同時加強國際合作共享，推動科研創(chuàng)新。此外，中國在該領域的優(yōu)勢科研機構數(shù)量不多，論文發(fā)表數(shù)量進入全球前十的機構僅中國科學院一家，發(fā)明專利申請量進入全球前十的機構僅中國科學院和上海博德基因開發(fā)有限公司兩家。與美國不同，中國主要專利持有人是科研院所，相關企業(yè)的研發(fā)實力較弱，大量研究成果有待向市場轉化。未來，中國應當整合已有研發(fā)基礎和相關資源，加強企業(yè)與科研機構的合作，實現(xiàn)基礎研究與產業(yè)化應用研究互補，不斷提高中國在該領域的綜合競爭力。

3 中國近年基因技術研究重要突破

基因工程和合成生物學技術正在徹底改變生命科學研究?；蚓庉嫾夹g的飛躍式發(fā)展，推動基因組的快速、廉價、多重修飾和DNA合成技術等方面的重大突破。本節(jié)簡要介紹中國科學家在合成生物學、基因編輯技術、動植物基因技術和微生物基因技術的研究和應用方面取得的顯著成就。

3.1 前沿交叉技術領域取得一批具有國際影響力的重大成果

合成生物學被認為是一個新興的研究領域，將為生物技術帶來新的機遇。由天津大學元英進研究組[13-14]、原清華大學戴俊彪研究組[15]和華大基因楊煥明研究組[16]分別完成了4條真核生物釀酒酵母染色體的從頭設計與化學合成，使中國成為繼美國之后第二個能夠設計和構建真核基因組的國家。隨后，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心覃重軍、趙國屏、薛小莉及中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心周金秋研究團隊在國際上首次成功創(chuàng)建出含有單條染色體的酵母細胞[17]，成為合成生物學領域的里程碑。此外，中國科學院合成生物學重點實驗室也有多項科研成果發(fā)表在、、、等國際著名期刊上。

基因編輯技術使人類能夠對目標基因靶位點進行刪除、替換、插入等操作。自2013年新型基因編輯技術CRISPR/Cas9技術問世以來，其在有效、便捷地編輯細胞和模式動物基因方面顯現(xiàn)出的優(yōu)勢，使得其獲得極大關注。除了在應用領域取得多項突破，基因編輯技術本身也在不斷推陳出新，科學家不僅開發(fā)出CRISPR/Cas12a[18]、CRISPR/CasX和CRISPR/CasY[19]等新系統(tǒng)，還開發(fā)出基于CRISPR/Cas系統(tǒng)的RNA編輯技術[20]。上?？萍即髮W和中國科學院研究團隊合作對單堿基編輯技術進行了升級改造，擴大了其應用范 圍[21]。南京大學開發(fā)出新型基因編輯工具：結構引導的核酸內切酶[22]。中國科學院神經科學研究所等多個機構合作開發(fā)了基于新型脫靶檢測技術GOTI的基因編輯工具安全性評估的新工具[23]。中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所高彩霞團隊在開創(chuàng)了植物基因精準編輯技術的基礎上，2018年又取得了新的研究進展，獲得了精準靶向多個產量和品質性狀控制基因的編碼區(qū)及調控區(qū)，加速野生植物的人工馴化[24]；實現(xiàn)了小麥、水稻及馬鈴薯的高效單堿基編輯[25]。

此外，為了開發(fā)人類疾病新型療法，我國科學家對基因編輯技術進行深入研究。中山大學黃軍就團隊首次將基因編輯技術應用到人類胚胎中，來糾正胚胎中與遺傳性血液疾病β地中海貧血相關的基因突變[26]，該研究成果引起了全球的關注。中國科學院動物研究所王皓毅團隊利用CRISPR/Cas9技術構建更強大的嵌合抗原受體 (CAR) T細胞，增強小鼠的腫瘤排斥反應[27]。這些成果足以說明CRISPR/Cas9技術在促進癌癥免疫治療方面的潛力。中國科學家領銜的國際研究團隊利用基因編輯技術 (CRISPR/Cas9) 和體細胞核移植技術，首次將人的亨廷頓突變基因導入豬，構建了更能準確模擬神經退行性疾病的動物模型[28]。

3.2 動植物和微生物基因技術應用領域從跟跑、并跑努力邁向領跑

2017年11月27日，體細胞克隆猴“中中”在中國科學院神經科學研究所腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心的非人靈長類平臺成功誕生，標志著中國是國際上第一個完成非人靈長類動物體細胞克隆的國家[29]，由此中國在非人靈長類研究領域實現(xiàn)了從國際“并跑”向“領跑”的轉變。中國科學院動物研究所周琪團隊全球首次創(chuàng)建一種新型干細胞，即大-小鼠異種雜合二倍體干細胞[30]，這是繼期刊發(fā)表表觀遺傳跨帶傳遞研究成果之后干細胞領域的又一重大突破，為進化上不同物種間性狀差異的分子機制等研究提供了有力工具。趙建國團隊利用CRISPR技術來培育低脂豬，這種豬可通過燃燒脂肪調節(jié)體溫，可幫助小豬度過寒冷冬季，也大幅降低了飼養(yǎng)成本[31]。在植物基因技術方面，李家洋團隊培育出高產優(yōu)質、高抗生物和非生物脅迫的新品種[32]，以滿足人口快速增長和耕地同時減少對更多食品的需求。通過對超級稻高產分子機理的研究，研究人員還為有效設計精品超級稻品種提供了實用方法，成功將優(yōu)質目標基因的優(yōu)異等位聚合到受體材料，在高產的基礎上，顯著改良了稻米多個方面的性狀[33]。2018年，該課題組與四川農業(yè)大學研究員團隊合作，揭示了調控水稻理想株系主效基因既能提高水稻產量又能增強對稻瘟病抗性調控的新機制[34]。南京農業(yè)大學王源超領導研究小組揭示了病原菌攻擊宿主的全新致病機制——“誘餌模式”[35]。這是人類首次在更精準的層面認識這類嚴重危害植物的病原菌分子機理，為改良農作物的持久抗病性提供了新方向。中國農業(yè)科學院研究人員利用基因編輯技術成功建立了水稻無融合生殖體系[36]，這種通過種子進行的無性繁殖方式，可以很好固定雜交優(yōu)勢。在微生物遺傳改造方面，中國科學院南海海洋研究所在深海放線菌中發(fā)現(xiàn)了具有抗結核桿菌系列活性物質，并通過遺傳改造獲得高產定向生產新結構、高抗結核桿菌活性的怡萊霉素Ｅ[37]。該發(fā)現(xiàn)可較好滿足人類對新型抗結核藥物的迫切需求。在利用微生物細胞工廠生產植物天然產物方面，中國研究人員也獲得了多項重要成果，已實現(xiàn)在釀酒酵母中合成人參皂苷[38]、燈盞花素[39]等，在大腸桿菌中合成維生素B12[40]。浙江大學于洪巍研究組通過在釀酒酵母線粒體中構建異戊二烯合成途徑，使細胞工廠產量高達2 527 mg/L，實現(xiàn)目前異戊二烯在真核細胞中生產的最高產量[41]。

3.3 基因技術領域創(chuàng)新企業(yè)快速成長催生行業(yè)高速發(fā)展

在取得一系列重大科研成果的同時，中國基因技術領域的科技創(chuàng)業(yè)公司也有卓越的表現(xiàn)，特別是在基因檢測服務方面高速發(fā)展，已經形成一定的國際競爭力。作為全球最大的基因組研究中心，華大基因 (BGI) 于2017年在深圳證券交易所上市，其杰出成就為全球基因組學的發(fā)展作出了重大貢獻。同年，專注DNA合成與應用的蘇州泓迅生物科技在新三板掛牌，成為國內DNA制造登錄新三板的第一股。成立于2011年的藥明康德基因中心已發(fā)展成為全球首屈一指的基因組學研究服務中心，為多家世界著名制藥企業(yè)提供測序服務。國內領先的個人基因組公司微基因 (WeGene) 直接面向消費者的個人基因組服務，用戶已超10萬人，基因組數(shù)據(jù)積累已超30萬份。此外，迪諾基因、貝瑞基因 (Berrygenomics)、金唯智 (GENEWIZ)、一脈基因 (MyGene)、弘?？档葎?chuàng)新企業(yè)在基因技術相關領域都有不俗的表現(xiàn)。

4 結論與發(fā)展建議

在國家戰(zhàn)略框架的指引下，在多層級的項目資助下，經過科研人員的不懈努力，近幾年中國基因技術研究與開發(fā)已取得了舉世矚目的成就，無論在論文數(shù)量和質量、專利申請數(shù)量以及重大研究成果產出方面都有了顯著提升。中國產業(yè)界正在蓄勢待發(fā)，不僅開展跨國合作完成多項宏大的科研任務，在投融資領域也十分活躍，規(guī)模不斷壯大。未來，基因技術將朝著更加高效、更加特異、更加精準、更加安全的方向發(fā)展，在規(guī)劃和監(jiān)管方面將面臨更大的挑戰(zhàn)，尤其是對于前沿交叉領域的新興技術，更加需要國家層面的有效監(jiān)管和政策引導。建議中國從以下5個方面繼續(xù)加強基因技術相關研究領域的戰(zhàn)略規(guī)劃和布局。

1) 抓好頂層設計，大力支持原始創(chuàng)新

以重大需求為導向，從全球視角抓好基因技術相關研究領域的頂層設計和長遠規(guī)劃，確定戰(zhàn)略目標和科學的發(fā)展路線圖。未來的科技戰(zhàn)略框架應更注重有效引導技術的快速發(fā)展和理性應用。將基礎技術和前沿技術以及與其他學科的交叉融合，發(fā)展基礎前沿交叉技術作為生命科學大科技規(guī)劃的重要組成部分和戰(zhàn)略制高點，加大研究投入，重點布局，提升原始創(chuàng)新能力。

2) 加強基因技術的引導和監(jiān)管

基因技術相關領域中新技術和新方法的不斷涌現(xiàn)對于中國生物安全管理也提出了新的挑戰(zhàn)，亟需建立基于科學證據(jù)、明晰合理的監(jiān)管體系，制定并完善相應的監(jiān)管政策，建立并健全相關的監(jiān)管法規(guī)。充分利用風險管理的現(xiàn)代科技手段，采取必要措施預防生物安全和生物安保風險，將倫理、社會和法律問題納入考慮范圍，引導基因技術良性發(fā)展。

3) 增強國際合作和對話交流

在中國進入全面自主創(chuàng)新的新的歷史時期，在提高自身研發(fā)水平基礎上，加強國際合作和交流是當代科學發(fā)展的必然趨勢，是建設創(chuàng)新型國家不可或缺的重要途徑。充分利用國際合作與交流的渠道，有效整合國際資源，綜合借鑒和吸取國外先進經驗和最佳實踐，取長補短，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。在合作交流相互了解的同時，擴大中國在基因技術領域的學術影響力，增強中國的國際話語權。

4) 鼓勵公私合作投資，推進技術轉化

借鑒歐洲發(fā)展生物基產業(yè)采取的公私合作伙伴關系的模式，進一步發(fā)展產學研聯(lián)合的創(chuàng)新研究計劃，加強地方性研發(fā)活動和公共項目之間的連貫性與協(xié)作，鼓勵私營公司參與合作投資，并適時幫助其主導科技創(chuàng)新過程。加快技術轉移轉化步伐，活躍下游市場，滿足企業(yè)創(chuàng)新需求，促進科技與經濟的結合。同時，可借助知識產權專門團隊的力量提前進行專利布局，構筑關鍵技術專利組合與完善的專利技術保護網(wǎng)，提高風險防范和競爭能力，使基因技術領域核心知識產權保護與國際水準接軌。

5) 加強科普宣傳，提高公眾認識

鑒于全球對于轉基因等基因技術的辯論由來已久，公眾認知問題應得到重視。通過教材影像、專題講座、場館宣傳等傳統(tǒng)科普形式與科普微信、微博、App、AR (增強現(xiàn)實) 等新興手段的有效整合，大力提高公眾對基因技術相關領域新技術新事物的認知度和接受度。同時也可以開展多層次的對話活動，提高公眾參與度。

隨著我國國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略的深入實施，在國務院和各級部委的高度重視下，未來基因技術必將在制藥、醫(yī)療、農業(yè)、工業(yè)和社會應用中發(fā)揮更為巨大的作用。

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Analysis and suggestions of current planning frameworks and the status of research on genetic technologies in China

Chenjun Ding1, Xiaoyan Wu1, Yunwei Chen1, Fang Chen1, Zhiqiang Zhang1, Cheng Tao2,Yi Shen2, and Ming Yang2

1,,610041,,2,,100864,

This article briefly introduces the strategic framework of genetic technology of Chinese government and Chinese Academy of Sciences, and the remarkable progress of genetic technology under this guidance. Using bibliometric and patent analysis methods, we reveal the current status of genetic technology research and development in China. China has made great achievements, both in terms of quantity and quality of academic publications, and quantity of patent applications. However, there are still something need to be improved, such as international cooperation and combination the efforts of enterprises, universities and research institutes. In the future, China will improve top-level planning and government guidance and supervision. In addition, it is also crucial to encourage investment from enterprise and communities, and to broadcast the science and technology to the whole society. Moreover, actions have to be taken to reduce the risks of bio-safety and bio-security. The innovation and breakthrough of genetic technology is a key to sustainable development in the bio-industry and bio-economy in China.

genetic technology, strategic planning, bibliometric, patent analysis

丁陳君, 吳曉燕, 陳云偉, 等. 中國基因技術領域戰(zhàn)略規(guī)劃框架與研發(fā)現(xiàn)狀分析及建議. 生物工程學報, 2020, 36(1): 44–56.

Ding CJ, Wu XY, Chen YW, et al. Analysis and suggestions of current planning frameworks and the status of research on genetic technologies in China. Chin J Biotech, 2020, 36(1): 44–56.

April 1, 2019;

September 19, 2019

Supported by: Youth Innovation Promotion Association, Chinese Academy of Sciences (No. 2017220), Capacity Building of Library and Information Project, Chinese Academy of Sciences (No. Y9290001).

Fang Chen. Tel:+86-28-85235075; E-mail: Chenf@clas.ac.cn

10.13345/j.cjb.190118

中國科學院青年創(chuàng)新促進會 (No. 2017220)，中國科學院文獻情報能力建設專項經費 (No. Y9290001) 資助。

2020-01-13

http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1998.Q.20200113.1208.001.html

(本文責編 郝麗芳)