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吴清平院士:我国农业微生物种质资源发掘、保护、共享利用面临的挑战

发布时间:2022-11-30      浏览次数:697    分享:

1. 农业微生物资源拥有量不足,菌种和数据库的对外依赖度高

我国农业微生物资源专业菌种库可公开获取的库藏资源总量约为1.75×10⁴株,而世界最大的农业微生物资源库保有可公开获取的细菌和真菌资源总量约为9.8×10⁴株,说明我国农业微生物总保有数量方面不占优势。发达国家利用规则制定、科技研发方面的先发优势,在微生物菌株资源方面占有主导权。我国是最大的微生物菌种资源进口国,在基础研究和生产应用领域都对进口菌株资源、生物信息大数据形成依赖,如我国近10年发表的细菌新物种约为2700个,而引进的模式菌超过9700株。然而,随着各国加强包括微生物在内的遗传资源保护力度并提升生物安全的重视程度,国际保藏机构对微生物菌种的出口更为谨慎;特别是自新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情暴发以来,用于科学研究的常规菌种,其引进工作已显困难。

发达国家对生物大数据进行了有效管理和利用,如欧洲、美国、日本的三大核酸数据库掌握并管理了全世界的生物数据。2021年,美国国家生物技术信息中心的核酸数据库共包括1.063×10⁸条序列,其中来自于中国的序列数目占比为37.54%。我国是生物数据产出大国,但没有建成具有国际影响力的生物数据库。在生物大数据、生物高技术出口管控趋于增强的背景下,我国获取外部微生物菌种基因资源、生物大数据的能力存在弱化的风险。尽快追赶发达国家生物大数据技术,构建自主可控的生物大数据并进行有效保护和管理,是我国农业微生物产业发展的迫切问题。

2. 农业微生物资源保藏量与质量脱节,大规模挖掘尚未开展,产业链源头创新能力不足

根据世界菌种保藏联合会(WFCC)统计,2021年中国微生物资源总保有量约为4.23×10⁵株(占世界总量的比例为15%),专利菌种保藏数量约为3.72×10⁵株(占世界总量的比例为28.8%),绝对数量并不少;而我国的专利菌株发放率仅为3.3%,远低于10%~500%的世界先进水平。菌种的共享率体现了他人对某个菌株的需求程度,能一定程度上反映菌株的质量与价值。因此,我国保有的微生物资源质量不高,核心优良菌种成为微生物资源开发与利用的瓶颈环节。

还要注意到,我国自然微生物资源极为丰富,但优质微生物遗传资源数量的占比偏低,同国外相比存在一定差距,难以满足日益增长的新型微生物菌种和遗传资源需求。例如,我国益生菌的年产值超过500亿元(约占世界产值的17%),而优良菌种的自主供给率不足10%。

3. 全国性的普查勘探尚未开展,农业微生物遗传资源状况缺乏全面掌握

我国是12个高度生物多样性国家之一,收集保存的微生物资源较美国、德国等发达国家在多样性上存在差距,尚有大量微生物遗传资源没有得到应有认识。由于没有开展有目的、有计划、系统性的国家级微生物资源普查项目,我国微生物遗传资源量、分布现状、资源变化状况等基础资料相对匮乏,在空间尺度上存在部分考察空白区域,制约了相关资源的收集保护和有效利用。我国虽已部署代表性生态系统微生物资源的调查工作,但科学考察与调查的数据没有进行及时补充和更新,对生态环境脆弱区生物资源考察的重视程度也显淡薄。

4. 农业微生物资源保护体系不完善,种质安全保障能力待提高

根据WFCC统计,目前我国微生物菌种保藏库共有52家,其中国家库9家,地方库43家,数量并不少。这些保藏库分布于17个省份,但各区域分布不均衡,如北京市的保藏中心高度集中,华南地区缺少国家库,16个省份无保藏中心。我国构建了中国农业微生物菌种保藏管理中心(国家级保藏机构)牵头,食用菌、乳酸菌、芽胞杆菌、根瘤菌、苏云金芽胞杆菌、厌氧菌、菌根菌等专业型保藏机构相结合的微生物资源收集保藏工作体系。然而,有超过50%的微生物遗传资源分散存放在科研院所和高校,受限于保藏条件和专业性参差不齐、保藏质量标准不统一,相应遗传资源的长期安全保藏难以保障。目前,我国没有建立成熟的资源集成机制和保护体系,未能将分散的资源进行有效集成和规范管理;保护体系层次与布局有待完善,资源散失的风险较高。

来源:中国工程院学报

Q-Strain定量菌株