CRISPR技术在作物基因编辑育种与动植物疫病检测领域中的应用
该报告内容以山东舜丰生物科技有限公司全链条基因编辑育种平台为研究载体，系统阐述 CRISPR-Cas 基因编辑底层工具、无组织培养递送核心技术（CDB），对比各类传统与新型育种技术优劣，展示矮秆抗倒、抗病、高油酸、高蛋白、高直链淀粉、高 GABA 等系列基因编辑作物新品系的研发数据、田间试验结果、产业化资质。
同时介绍 CRISPR 分子诊断技术在动植物疫病检测的拓展应用方向，完整呈现国内自主可控基因编辑生物育种全产业链技术体系与产业化成果。
山东舜丰生物科技有限公司副总经理、首席科学家。美国普渡大学博士，曾任职于美国杜邦先锋公司二十年，从事玉米生物育种领域的产品研发工作，2020年起于山东舜丰生物任研发副总，主管基因编辑产品研发。
以下为首席科学家牛小牧的部分报告内容：
注：报告由生物诊断平台整理汇编，内容仅供学习参考。
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当前农业领域主流育种技术共分为七类，从研发周期、精准度、综合成本、核心短板、技术原理五个维度可清晰区分优劣：
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2.1 自主知识产权工具酶——Cas-SF01
舜丰生物最早与中国农业大学赖景胜教授合作，对Cas12i家族原始酶进行酶工程改造，通过蛋白质结构预测和定向进化，成功获得名为Cas-SF01的优化工具酶。
实验数据显示，Cas-SF01在编辑效率上显著优于原始Cas12i，在多数测试物种中其编辑活性可与Cas9相媲美，甚至在部分物种中实现了更高的编辑效率。该工具酶已广泛应用于舜丰生物的BellaGen™生产管线中。Cas-SF01的成功开发，标志着舜丰生物在基因编辑核心底层技术上实现了自主可控。
2.2 BellaGen™工具酶家族
除Cas-SF01外，舜丰生物还完成了对其他多种新型CRISPR工具的挖掘与优化，构建了BellaGen™工具酶家族。其中包括Cas12o、Cas12j、Cas12f以及一系列小型Cas工具酶。通过对这些酶的工程化改造，均实现了编辑活性的显著提升，为在不同物种、不同场景下应用基因编辑技术提供了更丰富的工具选择。
2.3创新递送技术——CDB遗传转化法
为解决传统基因编辑高度依赖无菌组织培养、设备门槛高、操作繁琐、基因型依赖、周期长的瓶颈，舜丰生物开发了名为CDB（Cut-Dip-Budding）的新型遗传转化技术。该技术不依赖组织培养，操作流程大为简化：仅需在植株茎节部位进行切口处理，然后蘸取含有编辑载体的工程化农杆菌，最后将处理后的枝条直接埋土发芽即可完成遗传转化。
目前，该技术已在草本植物（如橡胶草、小冠花）、块茎类植物（如甘薯）以及木本植物（如臭椿、刺楸、灯笼花）中成功应用。特别是在大豆中，CDB技术已实现稳定应用，且整个操作无需专业技术培训，普通工人即可完成，极大降低了基因编辑的技术门槛和应用成本。
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3.1 BellaGen矮秆抗倒伏玉米
倒伏是造成玉米产量损失的重要原因之一。舜丰生物通过基因编辑技术合理矮化玉米株高，创制出矮秆玉米品种。该品种抗倒性更强，更能抵御强风及恶劣天气；并且可采用更高的播种密度，从而提高单位面积的产量。2023-2025年的田间试验数据显示，矮秆杂交种在提高种植密度（如常规玉米种植密度 67500 株 / 公顷，矮秆品种可提升至 112500 株 / 公顷）的条件下，其抗倒伏性和产量均显著提升，实现了8%-18%的增产。
3.2 BellaGen抗茎腐病玉米
茎腐病（主要由禾谷镰孢菌 Fusarium graminearum 引起）是危害玉米生产的另一重大病害。舜丰生物挖掘获得了茎腐病抗性功能基因。通过基因编辑对该基因进行定向改良，在R1期采用埋粒法接种禾谷镰孢菌，并在R4期（济南，2025年9月）进行鉴定，结果显示，改良后的玉米株系茎腐病发病率降至极低水平，抗性显著增强。
3.3 BellaGen高产作物
舜丰生物在多种作物上实现了产量的提升。例如，通过编辑调控籽粒大小、每穗粒数或结荚数等相关基因，在水稻、大豆和小麦等作物中均实现了增产。相关研究成果已发表于 JIPB 等学术期刊。
3.4 BellaGen非转基因除草剂耐受性性状
为适应农业机械化除草需求并提高杂草管理效率，舜丰生物通过基因编辑技术创制了耐不同类型除草剂的作物品种。
通过编辑ALS、ACCase、HPPD等内源靶标基因，已成功获得耐ALS类、HPPD类和PPO类除草剂的大豆，耐ALS、ACCase、HPPO类的水稻，以及耐ALS类的小麦。其中，耐除草剂水稻是通过EMS诱变结合基因编辑辅助筛选获得的，为非转基因产品。
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4.1 高油酸大豆
高油酸大豆其技术原理是通过基因编辑敲除 FAD2 基因，阻断油酸（C18:1）向亚油酸（C18:2）的转化，提升油酸积累；已获农业农村部基因编辑生物安全证书。
高油酸大豆油脂具有抗氧化能力强、烟点高、货架期长的优势。从营养学角度看，其大幅降低了饮食中促炎的Omega-6脂肪酸（亚油酸）摄入比例，更有利于心血管健康，被称为“血管清道夫”。
4.2 高蛋白、低豆腥味大豆新品系
舜丰生物还创制了超低/无腥味大豆，通过基因编辑消除了大豆中的腥味相关成分，可提升海外市场对大豆食品的接受度。同时，通过编辑蛋白合成调控基因，将大豆种子蛋白含量从40%左右提升至45%-53%，更符合植物肉、豆奶等下游深加工产业对高蛋白原料的需求。
4.3 高直链淀粉系列作物
直链淀粉消化速度较慢，富含膳食纤维和抗性淀粉，能有效延缓血糖峰值、降低碳水化合物摄入量并维持饱腹感；可生产高品质的抗性淀粉；同时是制药行业硬胶囊制备的理想原料。
舜丰生物已在高直链淀粉性状改良上实现多作物覆盖：
玉米：直链淀粉含量达50%-70%，已获得生产应用安全证书；
小麦：抗性淀粉含量较普通小麦提升近四倍，适配低 GI 主食；
水稻：抗性淀粉含量较普通水稻提升16倍，且口感更佳，适合糖尿病人群；
马铃薯：直链淀粉含量提高一倍。
4.4 高支链淀粉（蜡质）玉米
舜丰自主研发的蜡质玉米（舜丰蜡质玉米2号），其支链淀粉含量超过95%。与市场竞品相比，该品种脱水更快、果穗更大、产量更高，已在食品加工、变性淀粉、造纸、氨基酸及柠檬酸生产等行业具有广阔应用前景。该产品也已获得生产应用安全证书。
4.5 高 GABA 功能型作物
γ-氨基丁酸（GABA）是一种重要的抑制性神经递质，具有缓解焦虑、改善睡眠、扩张血管降低血压、提高免疫力等生理功能。
舜丰生物通过基因编辑技术，创制了富含GABA的系列作物，包括番茄、大豆、甜玉米和水稻。相关技术成果已发表于 Nature 子刊（Modified from Zhu et al 2025）。
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5.1 技术原理：CRISPR SPEED检测平台
基于Cas-SF01所属的Cas12家族具有的反式切割活性（即特异性识别靶标DNA后，非特异性切割任意单链DNA），舜丰生物开发了名为 CRISPR SPEED 的核酸检测技术。
该技术将等温扩增（LAMP）、CRISPR酶切和试纸条显色三个步骤集成于一个微型反应器中，从而达到灵敏、可视、降低对仪器设备需求且减少气溶胶的问题。
5.2 应用场景与产品开发
该平台已成功应用于非洲猪瘟病毒的快速检测，检测灵敏度高，可用于中小型养殖场，有一定检测通量需求，灵敏度要求高，检测投入成本低的筛查。
针对甘薯等无性繁殖作物易感染病毒的特点，开发了甘薯病毒检测方案，可检测脱毒瓶苗、原种苗及薯块等多种样本，支持混样检测，显著提高了检测效率。
5.3 基于qPCR的系列检测试剂盒
舜丰生物基于qPCR金标准平台，开发了覆盖食品安全、植物疫病、动物疫病、水产疫病和转基因成分检测的逾百种试剂盒：
食品源性检测：用于肉类掺假鉴定及食源性致病菌检测；
植物疫病检测：覆盖玉米、大豆、番茄、水稻等作物的病毒及转基因成分检测；
动物疫病检测：针对家畜、家禽及宠物的病原核酸检测；
水产疫病检测：应对水产养殖中不断出现的新病害防控需求。
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