农业合成生物学

作者：来源：发布时间：2023-09-13

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农业合成生物学是农业科学与合成生物学融合形成的交叉学科。合成生物学是在分子生物学、基因工程、代谢工程、系统生物学等学科的基础上发展起来的新兴学科，融汇了工程科学的思想和原理，通过编辑改造自然界已存在的或者设计构建新的生物元件、模块及系统，以揭示生命活动规律并创制新一代生物工程体系。合成生物学以生物学和工程学为基础，为农业科学研究提供了全新的研究策略。农业合成生物学面向粮食丰产、畜禽高效生产、农产品营养与品质提升等国家重大战略需求，以底盘生物种质为基础，通过工程化手段改造已有的生物系统或设计新的生物系统乃至合成全新生命体，来创制“无与伦比”的理想型农业动植物，以实现高效生产的目标。目前，农业合成生物学已经在生物育种、天然产物生物合成、新型合成食品、生物医药、生物安全等领域发挥了重要作用，为我国现代农业发展提供了科技支撑。

中国农业科学院作为农业科研国家队，充分发挥学科完善、基础研究实力强等优势，整合多个学科现有学术资源，于2021年设置了农业合成生物学交叉学科点，2022年开始招生。该学科以牧医所为牵头单位，目前涉及牧医所、基因组所、生物所、作科所、饲料所等5个研究所，聚集了一支以中青年骨干为主、蓬勃向上的教学科研队伍，队伍成员包括中国工程院院士、国家杰出青年基金获得者、科技部中青年科技创新领军人才、国家优秀青年基金获得者、国家“万人计划”青年拔尖人才等，承担了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、重点国际（地区）合作研究项目和国家重大科技专项等，取得了丰硕的科研成果。北京畜牧兽医研究所拥有本学科的博士研究生和硕士研究生培养点和学位授予点。

主要研究方向：

（一）基因组调控元器件开发和底盘生物构建

开发农作物和畜禽高灵敏基因调控元件和传感器工具，建立标准化调控元件库；通过人工改造基因元器件、人工合成基因通路，为农业动植物引入多元件参与的生物通路，使重要经济性状得到快速精准改良。通过人工构建生物实现光合与固氮、生物传感的设计，打造高版本的用于合成生物学改造的微生物、细胞、动植物底盘，对于特定代谢途径增强需求前体的生成量，通过技术细化和标准化构建全新的底盘生物操作体系，充分利用基因增强子、激素等全局调控因子优化生物底盘的代谢合成能力。

（二）绿色饲用品生物合成

利用微生物或动物细胞做反应器，借助基因编辑技术、人工染色体技术和基因组通用性接口技术，通过引入异源合成途径，高效合成营养性和功能性酶、免疫活性蛋白、药物和疫苗、小分子活性物质等饲用绿色投入品。解决饲料高效利用、动物健康等畜禽养殖业中的核心问题。

（三）动植物智能合成育种

以组学大数据为依托，推动全基因组设计育种和组学大数据驱动的底盘生物人工设计。依托代谢组学设施进行小分子物质合成鉴定，加速优异性状、高产功能小分子等新型合成生物的培育。结合基因组编辑技术，建立针对重要经济作物、主要畜禽的合成育种理论技术体系，开展精准定向育种。