有益心血管健康的高油酸大豆，抗白粉病高產小麥，風味和甜度更好的番茄，抗蟲耐除草劑的玉米…
國際著名基因編輯科學家高彩霞和她的團隊，正日復一日忙碌在實驗室、植物工廠和種植基地，研發全球領先的新型精準基因編輯技術，並將其應用於農業生物育種領域，創制可以造福種植者和消費者的農作物與果蔬。
高彩霞是中國科學院研究員，被譽為中國農業基因編輯領域的“名片”，2013年就創制了全球第一株CRISPR-Cas9植物，多年來持續推進農作物基因編輯體系的建立和技術創新。
2021年，她與Kevin Zhao博士發起設立以基因編輯技術為驅動的生物技術公司齊禾生科。Kevin Zhao畢業於哈佛大學，師從全球基因編輯領域權威，鹼基編輯、引導編輯發明人劉如謙（David Liu）。
這樣一支基因編輯領域的“頂流”科研團隊，在過去2年取得了豐碩的成果——
-
自主研發的大片段精準插入技術入選Nature 2024年度最值得關注的七大技術之一，這是Nature自2018年首次評選以來第一項來自中國科學家的技術成果入選；
-
AI輔助開發新型鹼基編輯工具入選2023年度最佳Cell研究論文之一；
-
公司基因編輯的高油酸大豆已獲得中國農業農村部基因編輯安全證書和美國農業部監管豁免，公司抗白粉病高產小麥也已獲得基因編輯安全證書，這兩個品種亦進入商業化程序。
高榕創投2023年參與齊禾生科超億元Pre-A輪融資。近期，高榕舉辦醫療CEO閉門會暨醫療賽道Demo Day，邀請齊禾生科聯合創始人、CEO張蓓博士圍繞基因編輯為農業生物育種帶來的無限可能展開分享。張蓓博士曾擔任孟山都生物技術中國總經理、先正達生物科技（中國）有限公司總裁。
以下是張蓓的分享（經編輯）：
我們常常說一句話，“民為國基，谷為民命”。糧食安全事關國運民生，也是應對百年大變局的底氣。我們之所以將公司命名為齊禾生科，其中“齊”源自中國古代第一部農業百科全書《齊民要術》，“禾”代表糧食作物。我們希望利用最前沿的生物技術，提升中國種業和農業的競爭力。
現階段，中國農業在國際層面上的競爭力仍存在差距。例如糧食生產方面，存在核心主糧作物單產低、高階經濟作物種源稀缺、產業鏈進口依賴度高等問題。例如國內大豆畝產比國外低超過40%，成本高30%-40%，這也導致我國約80%的大豆都來自進口。
農業的“晶片”是種業，種業命脈牽動國計民生，中國種業需要在生物技術革命的牽引下完成產業升級。實際上，以轉基因為代表的生物技術，曾經為國際種業帶來了巨大躍升。對比1995年和2021年，中美玉米、大豆單產的差距越來越大。
為什麼同樣的土地，我們需要的糧食進口量越來越大？為什麼別人千山萬水運輸到中國，產品品質更好、價格更便宜？背後反映的是農業生產力亟需提升。
轉基因之後，新一代基因編輯技術開啟了育種的新時代，也帶來了換道超車的機會。基因編輯產品開發時間和成本遠低於轉基因，有望大幅提升育種效率。以小麥為例，我們知道小麥為6倍體，傳統抗白粉病育種需要在6組基因敲除6次，想最佳化所有複製需要漫長的時間傳代。也因此國外傳統育種10年未取得成果，而齊禾利用基因編輯技術一代內實現突破。
近年來，隨著基因編輯技術的不斷成熟，新一代基因編輯技術的底層工具成為大國競爭戰略高點，全球發達國家對基因編輯技術的態度日趨包容。例如美國已豁免監管多個基因編輯作物；截至2024年5月，中國已獲批5張基因編輯作物安全證書（齊禾取得其中2張）。
今天，全球範圍內種業龍頭也在積極擁抱基因編輯技術，例如拜耳、科迪華、先正達等，都在推動基因編輯專案，創制新的產品。
此外，也有一些創新的生物育種公司正快速打入市場。如Inari產品研發方向聚焦大豆、玉米等主糧，已豁免5項；已豁免25項的Pairwise研發方向集中於蔬菜水果，如黑莓、樹莓、櫻桃等；Tropic Biosciences則重點創制橡膠、咖啡等高效能熱帶農產品。
那麼，在這樣一場技術變革浪潮中，齊禾生科如何依靠自主研發和深度挖掘，充分發揮基因編輯技術的最大潛力？
按照基因編輯工具的發展脈絡梳理，齊禾生科目前擁有全球最完整而且自主可控的基因編輯工具，始終站在全球範圍內該領域創新的前沿。
第一代基因編輯工具主要利用核酸酶實現基因敲除。齊禾生科已挖掘了超過30個全新的CRISPR-Cas系統。
進入第二代鹼基編輯時代，齊禾生科挖掘和開發了20餘個全新的鹼基編輯器，包括解決了大豆無法實現鹼基編輯的世界級難題。團隊發表在Cell期刊上的文章“Discovery of new deaminase functions by structure-based protein clustering”，入選“Best of Cell 2023”。研究利用AI輔助的大規模蛋白結構預測技術，挖掘了大量新型脫氨酶，並基於此開發了一系列具有不同功能特性的鹼基編輯系統，在動植物中實現了更高效、更精準、更安全的基因編輯。
圍繞第三代引導編輯，齊禾生科透過蛋白工程模組設計，將針對植物最佳化的編輯效率提高超30倍。
2023年，齊禾生科全球首次在植物上實現精準、定向的大片段基因插入工具開發，並展現了在未來生物育種中的巨大應用潛力，搭建了全球領先的大片段基因編輯護城河。
要知道，以往所有轉基因產品都是隨機的；有了大片段精準插入技術，可以隨時替換已有商業化轉基因事件中的任意基因和元件。就像給一輛車換輪胎一樣，把舊輪胎換下來，再換上效能更好的新胎。有了這項新技術的加持，創制1個穩定、高效、安全的轉基因性狀所需時間有望從3-4年降低至1年，並減少100~1000倍的篩選規模。
大片段精準插入技術在超級性狀賽道也有廣泛應用機會。以前傳統育種模式想要創制一個多重抗病的主栽品種，每個品種都要從頭開始培育；有了大片段精準定點技術，可以把不同性狀用基因編輯組裝在一個超級抗病點位，然後插入主栽品種之中。由於是同源轉基因，因此擁有安全、審批簡單等優勢，更重要的是顛覆了現有育種流程及速度。我們與中國最厲害的育種專家交流，他們認為這一技術完全改寫了育種的速度和創新的流程。
除了完整的基因編輯工具，為了更快更好地將種子和產品推向市場，齊禾生科建立了生物育種全鏈條支撐平臺SEEDIT™，涵蓋性狀設計平臺、基因編輯平臺，以及遺傳轉化平臺、表型鑑定平臺以及最後的法規註冊中心。
性狀設計平臺
齊禾主要針對兩種性狀，一類從種植者角度出發，看如何幫助他們獲得擁有抗病、抗蟲、耐除草劑、高產的種植性狀；另外是從消費者需求出發的品質性狀，如風味改良、貨架期提高等。
遺傳轉化平臺
實際上，遺傳轉化存在很多難點，例如小麥等作物由於基因組龐大而複雜，導致遺傳轉化效率低。齊禾生科目前建立40餘種植物的編輯遞送體系，包括國際上公認難轉化的主要作物基因編輯遞送體系，如甜菜、8倍體栽培草莓、向日葵等。
表型鑑定平臺
齊禾生科天津植物工廠總建築面積超1600㎡，構建了完整栽培體系和標準化擴繁流程。目前擁有40多個種屬植物的栽培經驗，可實現不同作物一年3-4代目標基因型材料繁殖和早期功效驗證。
此外，齊禾生科還在全國多個適宜生態區打造了大田繁種測試基地，完成小麥、大豆、玉米以及水稻的田間功效和等效測試。
在領先的全流程技術平臺基礎上，齊禾生科的生物育種和商業化程序也不斷加速。
其中，獲得中國農業農村部基因編輯安全證書和美國農業部監管豁免（我國首個在美國獲得監管豁免的基因編輯產品）的高油酸大豆P16，是齊禾生科透過基因編輯方法，對大豆內源脂肪酸脫氫酶基因進行編輯，最終獲得了純合且無外源插入序列的品種。該產品油酸含量顯著提升至80%以上，和橄欖油的水平一致。
公司抗白粉病高產小麥也已獲得基因編輯安全證書，這是我國第一個口糧基因編輯安全證書。白粉病是小麥三大病害之首，重病田減產可達40%。經過多年研發，齊禾成功利用基因編輯技術直接在小麥主栽品種中創制了兼具感病基因突變和產量基因表達的小麥品種。
齊禾生科還在推進品質性狀改良水稻和耐除草劑水稻管線的研發，目前已申請安全證書；亦在推進玉米抗病超級複合性狀、新一代抗蟲耐除草劑轉基因品種的研發。
齊禾生科將一方面聚焦大田作物，開發具有差異化的、高價值性狀的種子，將最前沿的技術直接裝到產品中、推向市場；另一方面，圍繞經濟類作物，將重點與高階蔬果夥伴合作，打造高價值的消費型蔬菜和水果。
放眼未來，基因編輯和生物技術除了應用於農業生物育種領域，還有非常廣闊的空間，如合成生物學、生物醫藥等。我們也期待新一代基因編輯技術在更多領域發揮作用，創造未來無限可能。