9月6日，中国农业科学院召开使命清单发布会，正式发布了该院0项重大使命和78项“十四五”重点任务清单。涵盖了粮食安全、营养健康、耕地保护、疫病防控、绿色发展、基本研究、前沿交叉、数据资源等方向。
这其中有不少和生物技术相关的细分方向，比如有关农业的生物机制、作物改良、农业固氮、动植物疫病、农业污染等等。
当前，绿色、经济、安全、量产成为了全球农业发展的关键词。在我国，农业生产仍然普遍存在着生产效率不高、自动化程度不够、环境污染严重等问题。发展更具可持续性的生物农业将会是一大趋势。
如何评估可持续农业？
年被称为可持续发展年，联合国可持续发展峰会在纽约召开，并正式通过7个可持续发展目标。同年，我国农村农业部印发《全国农业可持续发展规划（—年）》，以便基于可持续发展的方向促进现代农业发展。
事实上由于世界各国国情差异，农业发展要求不同，对于可持续农业并没有统一的理解。不过总体而言，其内容都涵盖生态、经济与社会三个方面。
日前，30名来自世界各地的利益相关者和专家组团发布了可持续农业矩阵(SAM)，首次定量评估全球各国农业生产的可持续性发展进程。相关论文已发布于Cell子刊OneEarth。
（来源：OneEarth）
SAM矩共由8个指标组成，用于衡量农业生产对环境和经济的直接影响以及对整个社会的广泛影响。经过系统性的评判和打分之后，研究显示，全球范围内的农业经济迫切需要在环境和社会层面中持续改进。
（来源：OneEarth）
除此之外，对于不同国家来说，优先需要改进的领域并不相同。例如我国，由于复杂的气候环境以及广大的耕地面积，优先促进农作物生产多样性将具有巨大的收益。
日前，测序巨头Illumina在新一轮针对初创基因组学公司的投资活动中，来自墨西哥的农业生物技术公司SolenaAg,Inc.正在致力于不同种植环境的研究。用户需要将土壤样本寄回给公司，Solena将针对每个农场、土壤或地区量身定制的创新方法和专有生物解决方案商业化，以提高作物盈利能力和土壤健康。
从转基因到基因编辑
经过多年的研究与发展，全球新型转基因农产品的研发已经趋于多样化，不仅包括常见的玉米、大豆和水果蔬菜等植物，甚至还应用至转基因动物育种。
此前，转基因作物的应用已经产生了巨大的社会和经济效益。据中国农业科学院在年发布的生物种业产业发展报告数据，-年农药使用减少8.3%，作物产量增加8.22亿吨，经济效益达亿美元。年，转基因作物市场价值约为2.97亿美元。
目前我国已经批准进行商业化种植的转基因作物只有棉花和番木瓜，不过，随着农业农村部实行颁发农业转基因生物安全证书制度，其他转基因作物的商业化种植越来越近。
比如A股上市公司大北农控股的大北农生物，已获得包括玉米、大豆作物的5个国家农业转基因生物安全证书。另一家A股上市公司隆平高科参股的公司杭州瑞丰生物科技有限公司，也在玉米作物上获证。
经过20多年的发展，全球范围内的转基因技术已经越发成熟，组合多基因转化事件成为常态。随着转基因事件包含的基因数量增加，作物性状表达会更好，同时技术难度越高。
目前，全球转基因农业的主导者是拜耳、科迪华和先正达，再加上化工巨头巴斯夫在农业领域的不断深挖，当前全球农化行业形成了美国、欧盟和中国“三足鼎立”的格局。
不过，对于生物育种来说，“炫技”不是主要目的，获得优良性状才是王道。随着近年来测序技术、生物技术平台、CRISPR等技术的迅猛发展，更加精确的基因编辑技术成为了农作物改造的研究热点。
总部位于爱尔兰的CRISPR初创公司Plantedit，正在致力于利用基因编辑生产可持续的植物。该公司声称将生产非转基因的可持续改良作物，以获得对于转基因作物抱有抵触心理的客户市场，同时规避传统转基因相关监管机制。
（来源：Plantedit）
目前，该公司主要产品为高含油量的CRISPR-Cas9修饰大豆“SOlive”，以及开发增强型水果产品和草坪草，以期生产下一代可持续食品。
另一家初创公司PairwisePlants则利用自身雄厚的技术实力，打算使用CRISPR等基因编辑技术创造新作物并修改现有作物。
该公司具备哈佛大学、布罗德研究医院的CRISPR技术许可，与拜耳结成战略联盟，正在合作种植玉米、大豆、小麦、棉花和油菜籽作物。其联合创始人兼CEOTomAdams博士此前曾任孟山都全球生物技术副总裁。
此外，遗传学大牛GeorgeChurch创建的农业生物技术公司InariAgriculture，也正在通过CRISPR技术开发“定制”种子，以便适应不同的地区气候和土壤类型等外部环境。
与转基因植物相比，转基因动物育种的产业化更加落后，在国内还未有转基因动物产品上市。该类产品不仅受到市场端的抵触，还存在制备效率低、费用高、专利申请困难等问题。
到目前为止，转基因动物的主要贡献是在基础研究、基因表达、基因功能和疾病过程的研究中，研究对象也以大鼠、牛、羊等居多。
（来源：Revivicor）
年，美国FDA批准了来自Revivicor公司的基因编辑猪“Galsafe”用于食品及治疗用途。据报道，针对于食品用途来说，GalSafe猪的细胞中不含可检测的alpha-gal糖分，这将有助于避免部分人群对于该成份的过敏反应。
在审查中，FDA评估了基因编辑猪作为食用动物肉时对于人体的安全性，确定来自GalSafe猪的食物对一般人群来说是安全的。
从遗传学到表观遗传学
与转基因和基因编辑技术相比，发展相对滞后的表观遗传学也即将进入收获期。相关业内人士表示，到年，整个表观遗传学市场预计将增长到亿美元。虽然其研究重点主要基于人类健康产品的诊断和治疗。然而，其在作物改良、绿色农业、动物健康和育种方面的应用或将更快迎来成果。
在此基础上，生物技术风险发展基金TechAccel孵化了初创公司EpicropTechnologiesInc.，致力于使用表观遗传技术来提高作物产量。显而易见的，经过设计的最终作物在遗传上与起始植物相同，并不具备外来基因或DNA层面上的任何变化。目前，该公司在高粱的提产工作方面具有一定进展。
除改良作物之外，使用表观遗传学改善饲料、动物育种等同样具有吸引力。与之相关的牲畜营养成为了表观遗传研究的一个新兴领域。
性状改良并不是RNA技术唯一的用武之地。近年来，作为一种抑制或关闭特定基因表达的有效手段，医学领域对于RNA干扰（RNAi）技术同样进行了深入研究，目前已被批准用于治疗四种遗传疾病。除此之外，一些生物学家认为RNAi也可能具有重要的非医疗用途，即一种精确靶向的环保杀虫剂。
作为一种抑制或关闭特定基因表达的有效手段，RNAi常被拿来与CRISPR进行比较。
CRISPR的技术优势在于永久性地改变基因组序列，但在基因沉默方面，RNAi也有其独特优势。首先，其主要成分双链RNA在生物体内普遍存在，在环境中易降解、无毒、无残留，具有安全性高及成本低的优势；其次，该技术具有精确的靶向性。从理论上来说，它仅针对一个特定的物种，“沉默”该物种中一个特定的基因，并不会伤害其它物种。
目前，RNA干扰技术的农业应用主要表现在两个方面，其中的一个受益者将是蜜蜂，由于蜂巢容易受到蜂螨（一种寄生虫）的侵害，利用RNAi技术能够控制蜜蜂体内蜂螨的扩散，保护蜜蜂种群。
今年5月，来自美国的生物技术公司GreenLightBiosciences收购了拜耳部分RNA知识产权组合，其中包括利用RNAi技术保护蜜蜂。该产品预计将于年推出。
除了通过保护昆虫维护生态链和平之外，RNAi的另一个应用则是受众更为广阔的农药，部分公司正在努力制造功能性的双链RNA(dsRNA)药剂。
依然是GreenLight，这家成立于年的公司专注于人类、动物和植物健康的RNA研究、设计和制造。基于RNA技术，该公司已设置4种产品管线，除了COVID-9候选疫苗、流感疫苗和镰状细胞病基因疗法等人类健康产品之外，还致力于推出可喷洒、无细胞的dsRNA杀虫剂。
今年8月，GreenLightBiosciences宣布将通过SPAC上市，据华尔街日报的数据显示，该公司的估值为5亿美元。
当然，GreenLight并不是独自战斗，初创公司AgroSpheres和RNAissanceAg同样看到了RNAi农药赛道的潜力。
其中，AgroSpheres建造了专有的生物加工和制造平台AgriCell，在全球拥有30项已发布或正在申请的专利。据悉，AgroSpheres已与少数几家无法透露名称的大型全球公司建立了合作伙伴关系。该公司两位创始人PayamPourtaheri和AmeerShakeel也双双入围“年福布斯30Under30-ManufacturingIndustry”榜单。
（来源：福布斯）
另一方面，仍然是由TechAccel孵化的初创公司RNAissanceAg，致力于推进具有广泛杀虫应用的新型专有RNAi技术。
（来源：RNAissanceAg）
此外，还有部分公司将RNAi技术直接应用至作物，以便使其具备抗药性。年，英国生物技术公司TropicBiosciences与巴斯夫达成研究协议，利用Tropic突破性的GEiGS（基因编辑诱导基因沉默）技术开发性状，并应用于巴斯夫的战略作物品种，以便获得抗病植物。
微生物组与固碳科技
背靠测序、合成生物学发展的东风，研究人员得以大量的获取、识别、筛选出可利用的微生物，并形成了相应的微生物组学研究。
从年美国NIH提出“人类微生物组计划”以来，这几年微生物组正在突飞猛进地发展，从人的微生物组过度到植物、动物的微生物组，从技术变革走向产业革命。
从整个行业来看，美国、欧盟等发达国家都相继投入巨资启动了国家的微生物组计划。特别是在年，美国NIH发布了人类生物组计划的II期成果，把众多人类的一些疾病跟微生物组联系起来，探索微生物在医疗领域中的潜在应用。
在农业领域中，其技术应用广泛涉及到微生物农药、微生物饲料和发酵技术等多个方面。从功能上来看，微生物组的重要作用在于助力实现可持续性发展、绿色农业以及“碳循环”等目的。
在国外，已有至少家创新型的企业布局微生物产业。包括巴斯夫等相继投入巨资，通过并购的方式进入微生物行业；全球著名的生命科学企业拜耳早已抢先布局生物农药领域，先正达此前也通过与荷兰DSM等公司建立合作关系，来共同开发基于微生物的农业解决方案。
日前，致力于微生物创新农业产品的AgBiome完成D轮融资。该公司基于微生物全基因组大数据平台开发全新的农业产品，例如，生物农药、生物肥料、作物性状以及微生物兽药等。LeapsbyBayer、SyngentaVentures和诺维信均是公司的战略投资人。
年，AgBiome推出了革命性的微生物杀菌剂。其作用机制包括产生直接攻击病原体的天然抗生素，并产生分解真菌细胞壁并防止孢子附着在叶子上的酶。通过以上途径，其药物能够对余种作物疾病产生效果。
此外，于近期获得红杉中国基金等支持，完成过亿元B+轮融资的慕恩生物也聚焦于菌种研发和产业化。该公司依靠Culture-To-Product研发平台，发现、保存和鉴定了超4万株具有自主知识产权的微生物菌株。在其微生物农药产品管线中，已有6款产品上市。
（来源：慕恩生物）
过去，我国饲料产业以粮食作物为主，尤其大豆、玉米等饲料原料更是依靠进口。出于保证国家粮食安全的战略，和饲料端全面进入减抗（生素）禁抗的要求，生物饲料成为了创新发展的方向。
目前，我国最大的固碳设施正在供应微生物饲料产品。年，中国河北省曹妃甸建立起了世界上第一座商业废气乙醇工厂，利用梭菌将其钢厂废气应用于商业化合成乙醇（年产能4.6万吨）及蛋白饲料（年产能吨）。
该技术来源于知名的合成生物学公司LanzaTech。该公司自年起，利用微生物发酵工艺，将工业废气及大气当中的碳回收制成乙醇或其他化学原料。
图丨首钢集团京唐钢铁厂将其工业废气制成乙醇（来源：LanzaTech）
今年5月，由北京首钢朗泽新能源科技有限公司旗下合资公司出资，在宁夏石嘴山市平罗县建立的全球首套利用铁合金工业尾气制燃料乙醇项目已经正式投产。该设备预计年产燃料乙醇4.5万吨、蛋白粉吨，实现产值3.3亿元人民币，每年可减少二氧化碳排放8万吨。
与此同时，随着“食品植物化”逐渐兴起，开始有越来越多的食品行业大咖开始在另一类微生物中寻找机会——微藻。
作为一种优质植物蛋白的来源，其在食品领域自然备受青睐。此外，微藻因其具备光合固碳能力，在吸碳固碳以及碳综合领域均有应用。可持续性、植物性和天然来源，成为了藻类食品市场的强大驱动因素。
年，雀巢与荷兰食品和生化公司CorbionEstablished开展合作。年，英国微藻技术初创公司Algenuity收获了联合利华的支持，此类合作均以发展基于藻类的创新植物基食品为目的。
综上，基于本次发布会内容，在未来，我国农业将紧紧围绕保障国家粮食安全和重要农产品供给这一重大使命，紧紧抓住种子和耕地“两个要害”，部署推进“强种”“沃田”“增粮”三项重大科技行动，重点突破高产优质和土地种植问题。
据年数据来看，我国农业科技进步贡献率达60%以上，作物良种覆盖率达96%以上，品种对单产的贡献率达43%以上，畜禽水产品种良种化、国产化比重逐年提升，科技已成为促进我国农业农村经济增长最重要的驱动力。
