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CRISPR帶動新興精準育種:未來糧食市場將產生改變

社團法人台灣國際生命科學會_96
・2020/12/07 ・2638字 ・閱讀時間約 5 分鐘
  • 文/余祁暐 總監|台灣大學獸醫學系學士、淡江大學企業管理所碩士。現任台灣經濟研究院生物科技產業研究中心總監。曾任國立台灣大學轉譯農學『生技產業潛力及商機』課程、動植物農產業創新教學推動中心『跨領域人才培育課程』及生物資源暨農學院『農業科技創新與產業分析課程』講師,並為農業生技產業資訊網站負責人。

新興精準育種科技在近年崛起,提供研究人員和生產者更快且更精確的作物發展選擇,2020 年諾貝爾化學獎得主的得獎原因也與此有關:使用 CRISPR-Cas9 基因剪刀進行基因編輯,使其能夠抵抗環境災害,並且無殘留外來基因,更加安全無疑慮。台灣對於相關產物尚無管理法規及技術發展計畫,本期 ILSI Taiwan 專欄邀請台灣經濟研究院生物科技產業研究中心余祁暐總監,分享新興精準育種科技的優勢以及國際趨勢,以期讓更多人對此有所瞭解。

種苗為國際戰略物資,是糧食生產的根源與農業永續的基石,而種苗的育種改良更是提升其戰略價值的關鍵。育種科技在近年來基因體技術的發展下,跳脫過去耗時費力傳統模式,透過掌握本身基因功能進行精準育種,新作物育種時間可由 7 至 25 年縮短為 2 至 3 年,新興精準育種科技成為種苗產業發展驅動力,為經濟、社會、環境帶來諸多效益,從 2012 年開始,國際上已有相關成果與產品陸續上市。

以我國近六成消費者認為具政策參考價值國家的日本為例[1],日本政府係透過跨部會討論,凝聚共識並訂定管理作法,讓產學研界有明確依循,不會無所適從而錯失發展機會。

對於新興精準育種科技衍生產品,日本厚生労働省已於 2019 年 3 月公布對於基因編輯食品管理的相關規範,認定基因編輯衍生產品若不含外源基因則視為非基因改造,在日本毋須經過安全審查便可上市。

新興精準育種科技透過掌握本身基因功能進行精確育種。圖/Designed by Freepik

精準育種技術好處多, 提升效率又能滿足多元需求

依據經濟合作暨發展組織 (Organization for Economic Co-operation and Development,OECD) 報告1,新興精準育種科技(含基因編輯等)發展效益包括:

  1. 提升育種效率: 增加新品種開發效率代表可減少投入的資源與時間,並創造更高的研究價值,特別是對於多年生作物及動物的育種可產生更高的效益。專家指出應用基因編輯技術於作物將可使育種時間由 7 至 25 年縮短為 2 至 3 年,而對畜牧動物育種來說最多可縮短至一世代便可培育出所需品種。
新興精準育種科技發展效益具多個面向。圖/Designed by Freepik
  1. 增加農業生產力: 以增加產量、節省農務與資材的投入、抵抗病害、增加對極端氣候的耐受性,進一步增加農民收益,全球目前已應用基因編輯技術開發出許多提升生產力的成果,包括:
    • 提升產量:如提升光合作用效率以提升產量的玉米和黃豆,生長快速的豬、牛、羊、鯉魚,易養殖的鮪魚等。
    • 抵抗病害:如抵抗稻米三個重大病害之一的抗白葉枯病稻米 (Bacterial Blight Resistance Rice) ,抵抗造成小麥減產三成白粉病的抗白粉病小麥 (Powdery Mildew Resistant Wheat) ,抵抗豬生殖與呼吸綜合症 (Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome, PRRS) 的抗 PRRS 豬,減少歐美每年 25 億美元損失,及抵抗全球快速蔓延非洲豬瘟 (African Swine Fever) 的抗非洲豬瘟豬等。
    • 提升環境耐受度:如耐旱、耐寒、耐鹽、耐低氮的黃豆、小麥、稻米、玉米、棉花、油菜、甘蔗、番茄等。
    • 節省農務與資材的投入:如耐除草劑油菜、可用於提升飼料效率的高澱粉玉米葉莖等。
  2. 滿足多元需求: 迎合消費者及生產者的需求,開發各種新品種,包括:
    • 促進消費者健康:如穩定血壓與緩和緊張的高 GABA 番茄、保護動脈和抗氧化的高單元不飽和脂肪酸黃豆 (High-Oleic Low-Linolenic Soybean) 、低麩質小麥、減糖馬鈴薯、及降低油炸致癌疑慮的低丙烯醯胺(Acrylamide) 馬鈴薯等。
    • 增加儲架壽命並減少食物浪費:如抗褐化的蘋果、蘑菇,及馬鈴薯等。
    • 增加食品加工效能:如高支鏈澱粉玉米 (Waxy Corn) 可更容易生產食品穩定劑和增稠劑等。
    • 改善動物福祉:如無需去角的無角牛、減少熱量損失的豬。
    • 提升環保效益:如減少豬場磷排放污染的低植酸飼料玉米等。
    • 提升異種器官移植安全:減少免疫排斥的豬隻器官等。
  3. 促進生物多樣性: 不受一般遺傳機制限制,以更有效率的方式育成新品種,提升物種多樣性。
新興精準育種科技能夠提升育種效率,且滿足多元需求。圖/Designed by Freepik

國際調和管理法規促進發展, 我國應如何因應?

新興精準育種科技為種苗產業的殺手級應用,為經濟、社會、環境帶來諸多效益,以基因編輯技術來說,其精準誘發生物本身特定功能基因發生改變,技術及原理與傳統誘變育種相同,再加上操作容易、成本低廉、非屬基因改造(最終產品無外源基因),國際上已有許多研究單位與中小型企業爭相投入此領域。

新興精準育種科技將成為種苗產業應用主流,足以改變歷史及整個產業規則,進而創造出龐大的新市場,我國若再不積極掌握此機會,不但種苗產業將被淘汰,亦將逐漸喪失農林漁牧戰略物資自主權。

而面對許多新興精準育種科技創新研發成果陸續上市,在產品法規管理上,國際已逐漸凝聚共識。世界貿易組織 (World Trade Organization, WTO) 已有 14 個經濟體於 2018 年 12 月共同發表「國際精準生物技術農業應用的聲明」(包含我國主要農產品貿易國美國、阿根廷、巴西、澳洲、加拿大等),希望能夠透過農業新興技術於各經濟體間的法規調和與合作,進而促進產業發展。

在此種苗育種科技發展趨勢下,我國應制定國家層次發展戰略,支持新興精準育種科技的應用與所開發的產品,除能讓我國繼續維持熱帶/亞熱帶農業科技優勢以取得亞太市場的農業樞紐地位,亦可避免台灣種苗產業競爭力落後而被國際市場淘汰。

在此種苗育種科技發展趨勢下,我國應制定國家層次發展戰略。圖/Designed by Freepik

參考文獻

  1. OECD Conference on Genome Editing: Applications in Agriculture (2018).

註解

[1] 台灣經濟研究院生物科技產業研究中心 107 年度新興生技食品消費者調查,高達 59.3% 消費者認為日本的管理規範具我國政策參考價值。

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