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        《跨國種企作物育種專利布局及對我國的啟示》

        農科智庫 2022-12-23 20:45 233 閱讀

        本文發表于《中國生物工程雜志》 2022,42(10)

        作者:賈倩、鄭懷國、趙靜娟*

        單位:北京市農林科學院數據科學與農業經濟研究所

        來源:農科智庫微信公眾號


        種子是農業的“芯片”,是確保國家糧食安全最基本、最核心的基礎。近年來我國將種業發展的重要性提升到前所未有的高度,指出要打贏種業翻身仗,實現種業振興。隨著全球種企第三次大規模兼并重組,當前全球種業基本形成“兩超、四強差異化發展”的新格局,知識產權已經成為跨國種企保持市場競爭優勢的有力武器,拜耳、科迪華、先正達的育種專利申請量約占全球育種專利申請總量的14%,掌握著全球農作物81%以上的轉化體,這些種業巨頭主導著全球作物育種技術研發和產業發展。通過深入分析和挖掘跨國種企作物育種專利,洞察其技術研發布局,為我國合理部署作物育種技術研發、改善知識產權布局與保護具有借鑒意義。


        1 數據來源與研究方法


        1.1 數據來源   


        專利數據來源于Derwent Innovation(DI)數據庫,按照國際專利分類號(IPC分類號)結合申請人進行專利檢索,申請人包括“兩超四強”跨國種企拜耳(含孟山都)、科迪華(杜邦先鋒和陶氏益農)、先正達、巴斯夫、利馬格蘭和科沃施,申請時間范圍為2015~2019年,檢索日期為2021年8月30日。


        1.2 研究方法   


        文本聚類法:通過DI專利數據庫ThemeScape專利地圖分析工具抽取專利文獻標題與摘要中的關鍵詞或詞組,通過文本解析創建標記詞,基于標記詞在文獻中的出現頻率結合算法得到最能代表每篇文獻的標記詞,將滿足閾值要求的標記詞作為文獻主題;通過比較各文獻的主題,計算其關系強度,基于關系強度形成不同主題聚類。

        重點專利遴選方法:基于各文本聚類數據集,以DI專利數據庫的綜合專利影響力作為測度指標,借鑒前人對專利劃分界限的計算方法,將大于等于綜合專利影響力最大值70%的專利劃分為初始重點專利,經領域專家判讀遴選確定最終重點專利。


        圖1 “兩超四強”跨國種企專利分析方法


        2 “兩超四強”跨國種企作物生物育種領域技術研發布局分析


        “兩超四強”跨國種企的技術研發布局主要集中在轉基因技術、雜交育種技術、分子標記輔助選擇育種技術和基因組編輯技術四個方向,其中轉基因技術是其布局熱點。


        圖2 “兩超四強”跨國種企生物育種專利布局


        2.1 轉基因技術


        “兩超四強”跨國種企圍繞從功能性狀基因挖掘與基因表達調控到轉基因品種創制、檢測與鑒定的完整技術鏈,進行了全面技術布局,將性狀基因序列、側翼序列、調控序列、轉化方法、轉化植物及其鑒定方法均納入權利要求中,對整個作物轉化事件的各個環節進行了全面保護,其中優異性狀基因資源是其核心保護內容,抗蟲基因及表達調控是布局熱點。


        在功能性狀基因挖掘方面,性狀基因包括抗蟲基因、抗病基因、耐除草劑基因、抗逆基因、植物生長發育相關基因和優質高產基因,新抗蟲蛋白及其編碼基因是其技術研發熱點。


        表1 “兩超四強”跨國種企研發的功能性狀基因


        2.2 雜交育種技術


        “兩超四強”跨國種企通過回交或雜交獲得集多種優異性狀于一體的轉基因雜交種后代,在轉基因玉米和大豆自交系、雜交系方面布局了大量專利,保護內容包括獲得該品種的親本植株,通過其獲得相應轉基因后代種子的制備方法,生產相應商業植物產品的方法,及其在食品、飼料生產中的應用。所培育的品種具有雄性不育,蠟質淀粉,除草劑耐受性,抗蟲,對細菌、真菌或病毒等病害的抗性,改良的脂肪酸、植酸及碳水化合物代謝、改良的種子氨基酸組成和非生物脅迫抗性。


        2.3 分子標記輔助育種技術


        “兩超四強”跨國種企針對抗病性和品質改良性狀的數量性狀位點鑒定、分子標記及其在作物選擇育種的應用進行了專利保護,實現了高通量分子標記平臺在目標性狀作物篩選中的高效利用。作物品種涵蓋玉米、小麥、大豆、油菜等糧油作物及番茄、甘藍、辣椒等園藝作物。


        表2 “兩超四強”跨國種企分子標記輔助育種研發內容


        2.4 基因組編輯技術


        “兩超四強”跨國種企就提升靶向基因編輯效率的方法、基因編輯工具的完善及其在作物育種中的應用開展了技術研發與專利布局,并形成了CRISPR/CAS基因組編輯系統構建、復合性狀基因座的位點特異性整合技術和基因組編輯在植物單倍體誘導中的應用三個重要研發方向,其中CRISPR/CAS基因組編輯系統構建是其布局重點。


        2.5 地域布局


        “兩超四強”跨國種企作物生物育種專利地域布局范圍廣泛,在北美洲、南美洲和歐盟地區進行了重點布局,此外在澳洲,亞洲的中國、印度和日本也開展了較多專利布局,其中,美國是其技術布局的熱點國家,反映出其生物育種市場活動最為活躍。


        表3 “兩超四強”跨國種企作物生物育種專利主要布局地域


        “兩超四強”跨國種企生物育種各技術領域的地域分布有相似之處,也存在一定差異。從IPC分類來看,A01H5和C12N15均是其在各地域布局的重點技術領域,在美國的布局重點集中在通過生物育種技術所獲得的作物品種及其子代,其涉及作物新品種的專利申請(A01H5)占比最大,約為73.5%;在美國以外地域的技術保護重點則集中在遺傳工程技術領域,其相關專利申請(C12N15)占比最大,均超過60%?!?/p>


        表4 “兩超四強”跨國種企作物生物育種專利在主要布局地域的IPC分布 


        “兩超四強”跨國種企各熱點育種技術布局呈現地域不均衡性。其轉基因技術主要布局在美國,基因組編輯技術和分子標記技術的布局地域以美國和歐盟地區為主,雜交育種技術主要布局在北美地區。美國在轉基因技術、基因組編輯技術等熱點生物育種技術的專利申請占比在六國中均位列第一,是熱點育種技術的主要布局國。


        表5 兩超四強”跨國種企各熱點育種技術專利在主要地域的分布


        3 “兩超四強”跨國種企作物生物育種領域技術研發重點解析


        “兩超四強”跨國種企作物生物育種領域的技術研發重點為:(1)廣譜殺蟲活性抗蟲基因的挖掘與鑒定;(2)植物介導的RNA干擾在抗蟲品種研發中的應用;(3)CRISPR/CAS基因編輯系統構建;(4)分子標記開發及其在作物育種中的應用;(5)耐除草劑轉基因品種研發及鑒定;(6)復合性狀基因座的位點特異性整合技術。其中,技術重點(1)和(2)均與抗蟲性狀相關,重點專利較多,研究熱度較大;技術重點(3)和(6)均屬于基因組編輯技術,重點專利的平均申請年較新,綜合影響力較高,代表著新興研發方向。


        表6 “兩超四強”跨國種企作物生物育種研發重點



        4 對我國的啟示


        4.1 瞄準生物育種核心領域加強新興前沿技術原始創新與集成開發


        建議我國應重視生物育種核心領域基礎理論研究,研發重點向源頭創新轉移,從政策和經費上鼓勵、支持科研人員開展新基因、新機制及新概念相關的原始創新,研發原創性、具有自主知識產權的新型生物育種技術。另外,立足我國已有基因組編輯原創性研究成果,加強其核心技術工具開發與技術集成,克服脫靶、效率等問題,注重工具和方法的系統化、規?;?,推進CRISPR基因組編輯技術的成熟和廣泛應用,利用與表觀遺傳學、合成生物學等多學科交叉來研發新的基因組編輯衍生技術。


        4.2 加強新型抗蟲基因挖掘與抗蟲新機制研發


        建議加強對我國本土農業抗蟲種質資源的搜集、管理與鑒定,完善細化我國抗蟲種質資源數據庫,推進分子標記、高通量篩選平臺及SNP芯片的開發,搭建專業化、智能化種質資源鑒定評價與基因挖掘平臺,以加快針對鱗翅目、鞘翅目、雙翅目、半翅目、馬鈴薯甲蟲等我國主要蟲害,具有廣譜抗蟲活性的新抗蟲基因的挖掘與利用;加強與農業害蟲行為相關的關鍵基因功能、分子機制、調控網絡及害蟲抗性進化機制的研究,推動延緩害蟲抗性進化的抗蟲新機制研發,創制出符合我國蟲害防治需求的抗蟲作物品種。


        4.3 強化生物育種核心技術鏈、產業鏈知識產權協同保護與布局


        建議我國借鑒跨國種企布局經驗,加強對作物育種創新鏈關鍵環節、核心技術的專利挖掘與布局,在完善育種技術鏈、種業“育繁推一體化”產業鏈協同創新與專利布局的同時,將其知識產權保護范圍延伸至其下游衍生產業,實現核心技術與技術鏈、產業鏈的戰略性協同布局與保護。此外,進一步提升我國育種科技工作者的知識產權戰略性意識,注重培養兼具技術與知識產權素養的綜合型人才,鼓勵和發展高質量知識產權服務,提高專利撰寫水平和專利質量,為種業高價值專利培育提供人才和服務支撐。


        4.4 提升知識產權保護水平及全球化結合重點布局的知識產權戰略意識


        我國應進一步完善知識產權保護制度,營造更好的種業市場競爭秩序和產業環境,以提高本土企業的技術創新積極性,吸引跨國種企加大對中國市場育種技術和品種資源的投入,更有效地引進和利用國外專利技術和新品種。另外,我國種企應強化全球化、國際化發展的知識產權戰略意識,注重對核心技術的全球化保護,重視領域技術情報和商業情報的搜集運用,加強對全球生物育種技術發展、監管政策、制度等信息的監測與跟蹤,強化技術研發與管理、戰略決策之間的協同效應,科學進行市場研判,有的放矢開展知識產權布局。

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