2020年，諾貝爾化學獎花落兩位傑出女性科學家——美國的Jennifer Doudna與法國的Emmanuelle Charpentier，她們因共同發明CRISPR/Cas9基因編輯技術而享譽全球。
CRISPR/Cas9技術源自細菌和古菌中天然存在的CRISPR-Cas免疫系統。這一系統允許微生物通過保留入侵病毒（或其他外源DNA）片段的記憶，然後利用這些記憶指導Cas酶精确識别并切割再次入侵的相同病毒DNA，進而實作防禦。科學家們發現并解析了這一機制，并創造性地将其轉化為一種基因編輯工具。這項源自微生物免疫系統的創新技術，猶如一把“分子剪刀”，能夠精準定位并修改生物基因組中的任意目标序列，開啟了基因操控的全新時代。
基因技術開啟育種新時代
數千年來我們一直在使用傳統育種方法改良作物，積累了豐富的經驗和實踐基礎。傳統的育種方式，主要依賴于自然發生的遺傳變異和人工選擇過程，通過品種間雜交實作基因重組。這些過程通常是安全的，公衆接受度較高。但其最大的特點便是育種周期長、工作量大。從雜交、選擇到新品種的穩定和推廣，往往需要經曆數年乃至數十年的時間。育種周期長，精确性差，遺傳資源受限等局限性。
1974年，Cohen将金黃色葡萄球菌質粒上的抗青黴素基因轉到大腸杆菌體内，揭開了轉基因技術應用的序幕。轉基因育種基于基因工程的原理，通過現代科技手段，将人工分離和修飾過的優質基因，轉入到目标生物體中，獲得具有特定遺傳性狀穩定表現的個體。這種技術能增加生物體新的特性，獲得新的品種，生産新的産品。與傳統育種相比，轉基因育種憑借其精準、高效、跨物種等特性，能夠在短時間内創造出具有特定優良性狀的新品種，大陸轉基因棉花研究在科技部的大力支援下取得了很大進展。1992年底研制成功轉Bt基因抗蟲棉，将來自蘇雲金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis, Bt）的cry基因植入到棉花細胞中，使棉花植株能夠産生Bt蛋白，這種蛋白質對棉鈴蟲等鱗翅目害蟲具有高度毒性，大大減少了農藥的使用。除此之外，轉基因抗除草大豆，轉基因抗蟲玉米也相繼出現。但其因技術複雜受到政府嚴格的監管嚴格，在安全性方面也存在一些争議問題，部分公衆對其持保留态度。
CRISPR/Cas9技術的誕生迅速引發了全球科研界的熱潮。其簡易的操作、低廉的成本和高度的靈活性使其迅速成為實驗室的标準工具，傳統育種動辄數年甚至十數年的周期，在CRISPR/Cas9面前大幅縮減。實驗室環境下，短短幾周即可完成基因編輯，新品種從概念走向田間的時間成本大幅降低。基因編輯育種為生物育種帶來了前所未有的機遇，“基因剪刀”在影響着傳統農業，基因編輯使育種的時間成本降低，使生物育種商業化成為可能。
從轉基因育種到基因編輯育種，标志着育種技術從較為粗放式的基因整合轉向了精細的基因序列調整，提升了育種的精準度和效率，減少了外界對于轉基因帶來的生态和倫理疑慮，為現代農業和生物技術産業帶來了全新的發展機遇。
基因編輯育種技術全球開花
2023年5月，美國Pairwise公司在基因編輯蔬菜方面取得了一項重要成果，推出了首款基因編輯生産的蔬菜—芥菜。經過美國農業部準許後，這款基因編輯芥菜得以在美國餐飲服務行業中正式推出，成為美國市場上首個使用CRISPR技術進行基因編輯的蔬菜産品。
圖源：Pairwise
在日本，基因編輯育種同樣得到了廣泛應用。2021年初富含GABA（γ-氨基丁酸）的番茄開始在日本市場正式銷售。這款番茄由于使用了CRISPR等基因編輯技術，使得其GABA含量顯著高于普通番茄，達到5至6倍，這是日本市場上首個公開銷售的基因編輯食品之一，标志着基因編輯技術在農業領域的應用取得了一項重要突破。
2023年7月，日本築波大學的研究人員利用基因編輯技術，針對與甜瓜成熟和衰老過程相關的基因-CmACO1進行敲除，成功地延長了甜瓜的儲存時間。編輯後的甜瓜在保持原有口感和品質的同時，能夠更長時間地保持新鮮狀态。這對于甜瓜的運輸、銷售和食用都非常有利。
中國農業科學院等多家研究機構在基因編輯技術上投入大量研究力量，并在近年來取得多項突破性成果，朱健康教授所帶領的科研團隊憑借基因編輯技術，已成功培育出具備高油酸含量的大豆新品種，以及富含維生素C的優質生菜品種。2023年4月，山東舜豐生物科技有限公司自主研發的高油酸大豆獲得全國首個植物基因編輯安全證書。這些創新成果不僅豐富了大陸的農業生物資源，也有力推動了農業現代化和綠色可持續發展。
圖源：科技日報
近年來，中國政府在農業現代化和糧食安全的戰略布局中明确提出要加強對農業生物技術的研發和監管。中央一号檔案多次強調農業科技創新的重要性，鼓勵和支援科研機構和企業開展基因技術研究，力求在國際農業科技競争中占據領先地位。
數字賦能：邁向智能育種新時代
2024年3月，中國農業科學院與阿裡巴巴達摩院聯合釋出了面向育種資料處理全流程的智慧育種平台。通過整合人工智能、大資料和雲計算技術，服務于全球範圍内的育種專家，實作育種資料的高效管理和智能預測。目前，已有來自全球23家機關的育種家使用該平台。隆平高科、大北農等龍頭企業也通過研發數字化農業産品和服務，如種子基因編輯、精準種植、農業物聯網技術、大資料分析等，推動農業生産和管理的現代化。
基因編輯作為引領農業科技革命的關鍵力量，正以前所未有的速度重塑全球種業格局。在大陸政策支援與科研投入持續加碼的背景下，“種業振興”戰略日益凸顯其時代意義。與此同時，國際前沿理念如美國農業部玉米育種權威專家提出的“育種4.0”構想，深度融合了基因編輯、合成生物學、基因組學、生物資訊學、大資料及AI技術，旨在打造智能育種新時代。
基因編輯不僅是這一全新育種模式中的核心利器，更是驅動農業向精準、高效、可持續方向發展的決定性要素。未來，通過精密編輯作物基因，我們将能夠定向改良品種，解決糧食安全、環境适應性等諸多挑戰，為保障全球100億人口的食物供給奠定堅實基礎。