合成生物技术与 颠覆性产业革命 中国农业科学院生物技术研究所 燕永亮 林敏 2019年{ 西安
合成生物技术与 颠覆性产业革命 中国农业科学院生物技术研究所 燕永亮 林敏 2019年 西安
全球农业科技发展历程 18世纪 19世纪 20世纪 21世纪 机械 化学 弟一次绿自 现代农业 农业 农亚 生技术 18世纪第一次工业革命，催生和 罗维读计衣用格拉机 促进了机械化农业的发展，极大 提高了农业劳动生产率
18世纪第一次工业革命，催生和 促进了机械化农业的发展，极大 提高了农业劳动生产率。 机械 农业 化学 农业 第一次绿色 革命 现代农业 生物技术 18世纪 19世纪 20世纪 21世纪 全球农业科技发展历程
18世纪 19世纪 20世纪 21世纪以来 机械 化学 第一次绿但 现代农理 农业 农业 革命 生物技术 19世纪中后期，化肥和农药等 农用化学品被大量使用，化学 农业的兴起更加稳定地提高了 作物产量
第一次绿色 革命 现代农业 生物技术 20世纪 21世纪以来 机械 农业 18世纪 19世纪中后期，化肥和农药等 农用化学品被大量使用，化学 农业的兴起更加稳定地提高了 作物产量。 化学 农业 19世纪
18世纪 19世纪 20世纪 21世纪以来 机械 化学 第一次绿色 现代农业 农业 农业 革命 生技术 第一次农业育种的绿色革命 口美国杂交玉米 口墨西哥矮杆小麦 ▣我国超级杂交稻
机械 农业 化学 农业 18世纪 19世纪 现代农业 生物技术 21世纪以来 第一次绿色 革命 20世纪 第一次农业育种的绿色革命 美国杂交玉米 墨西哥矮杆小麦 我国超级杂交稻
18世纪 19世纪 20世纪 21世纪以来 机械 化学 第一次绿鱼 现代农业 农亚 农业 革 生物技术 新一轮农业科技革命，大幅度 提高水、肥、光利用效率。 口农业大数据与云计算 ▣基因组编辑技术 ▣合成生物技术
机械 农业 化学 农业 18世纪 19世纪 第一次绿色 革命 20世纪 新一轮农业科技革命，大幅度 提高水、肥、光利用效率。 农业大数据与云计算 基因组编辑技术 合成生物技术 现代农业 生物技术 21世纪以来
报告提纲 一、现代农业生物技术发展趋势 二、国际合成生物技术发展动态 三、我国合成生物技术发展现状 四、人工生物固氨体系研发进展
一、现代农业生物技术发展趋势 二、国际合成生物技术发展动态 三、我国合成生物技术发展现状 四、人工生物固氮体系研发进展 报 告 提 纲
现代生物技术发展历程 基因编辑与合成生命时代 大数据与云计算 组学和后组学时代 2000年聚乳酸等代谢工程产品 基因工程时代 1982年重组人胰岛素 1993年延熟保鲜转基因番茄 分子生物学时代 2008年实现了 /2013年基因编辑 1.1Mb细菌基因 技术突破并广泛 1953年，DNA双 2000年完成人类 组的全合成。 应用 螺旋模型建立， 全基因组测序， 开辟分子生物学 进入组学和后组 研究的新纪元 1977年重组DNA技 学时代 术建立，拉开了现 代生物技术及其产 业发展序幕。 孟德尔遗传发现 1856年，普通遗传学
现代生物技术发展历程 1977年重组DNA 技 术建立，拉开了现 代生物技术及其产 业发展序幕。 2000年完成人类 全基因组测序， 进入组学和后组 学时代 2008 年实现了 1.1Mb细菌基因 1953年，DNA双 组的全合成。 螺旋模型建立， 开辟分子生物学 研究的新纪元 2013年基因编辑 技术突破并广泛 应用 基因工程时代 1982年重组人胰岛素 1993年延熟保鲜转基因番茄 组学和后组学时代 2000年聚乳酸等代谢工程产品 基因编辑与合成生命时代 大数据与云计算 分子生物学时代 孟德尔遗传发现 1856年，普通遗传学
(一)后组学时代：微生物组学研究 测序技术精度大幅度提高，成本大幅度降低，新一代技术不断涌现 单细胞测序 。三维基因组测序 单细胞基因组测序 动物群体细胞Hi-C测序 单细胞转录组侧序 植物群体细胞Hi-C测序 单细胞G&T测序 目标区域捕获Hi-C测序 单细胞BS测序 单细胞Hi-C测序 表观基因组测序 ●RNA测序 WGBS/RRBS测序 转录组测序 868 ChIP-DNA测序 表达谱测序 MeDIP则序 小RNA测序 Target-BS测序 LncRNA测序 RRHP则序 CircRNA测序 6mA测序 宏转录组测序 ©人类基因组测序 ●微生物基因组测序 全基因组重测序 微生物基因组De novoi测序 外显子组测序 微生物全基因组重测序 目标区域测序 16 S rRNA基因高变区测序 ctDNA测序 ●动植物基因组测序 18 S rRNA/ITS基因高变区测序 FFPE样本测序 动植物基因组De novo侧序 宏基因组测序 肿瘤基因检测芯片 全基因组重测序 精准宏基因组测序 简化基因组测序(RAD-seq)
（一）后组学时代：微生物组学研究 测序技术精度大幅度提高，成本大幅度降低，新一代技术不断涌现
1、个体基因组到泛基因组 微生物基因组计划及功能基因组研究当前生物组学研究最活跃的领域。通过 微生物系统发育树全部进化节点的所有微生物种的深度测序，揭示微生物的 适应与进化、遗传与变异的科学机制。 .andmarks in genetics and genomics 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 G 。0●百0 n
1、个体基因组到泛基因组 微生物基因组计划及功能基因组研究当前生物组学研究最活跃的领域。通过 微生物系统发育树全部进化节点的所有微生物种的深度测序，揭示微生物的 适应与进化、遗传与变异的科学机制
2、结构基因组到相互作用组 以宏基因组技术为平台解析复杂微生物系统，如进行动物肠道、 作物根际微生物群落（动植物的第二基因组）、沼气、白蚁以及 传统发酵等微生物复杂系统群落结构和代谢途径解析。 ECOSYSTEM ▣ 微生物与微生物的互作 ▣植物与微生物的互作 口动物与微生物的互作 全基因组学水平的基因和蛋白相互 口微生物与环境的互作
2、结构基因组到相互作用组 以宏基因组技术为平台解析复杂微生物系统，如进行动物肠道、 作物根际微生物群落（动植物的第二基因组）、沼气、白蚁以及 传统发酵等微生物复杂系统群落结构和代谢途径解析。 全基因组学水平的基因和蛋白相互 微生物与微生物的互作 植物与微生物的互作 动物与微生物的互作 微生物与环境的互作