一条小小家蚕,撬动万亿市场

  一张小小的芯片,正引发多国角力,波诡云谲。

  事实上,关键产业的竞争,在国际大舞台上,总是你方唱罢我登台。一条小小的家蚕,也曾引发一场没有硝烟的“战争”。

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  在科研领域中,跨国合作早已成为趋势。尤其是面对重大课题,往往需要汇聚全球领域内的顶尖科学家及资源,筚路蓝缕,以启山林。

  回国不久的夏庆友接到了一个让他震惊无比的消息:原本待与日本共同开展的家蚕基因组计划,被日方单方面中止,并且对方在政府的支持下,已单独开展家蚕基因组研究长达3个月。

  看似平淡无奇的小家蚕,为什么会让国际合作形如一纸空文?

  回溯发生在2003年的这起家蚕基因争夺战的原因,夏庆友指出,家蚕可视遗传性状丰富,基因组大小合适,对害虫防治等具有重要应用价值,因此一早被确定为鳞翅目昆虫基因组计划代表生物。作为产业和科研重要支撑的生物和基因资源,一直是国际资源争夺的重点。

  具体到产业,我国桑蚕业有着悠久的历史。种植桑树可以追溯到7000年前,养蚕则有5000多年的历史。在距今几千年的商代甲骨文中,就有桑和蚕的记载。各个朝代的文献记录更是浩如繁星。“系条采春桑,采叶何纷纷。”“五亩之宅,树之以桑,五十者可以衣帛矣。”最知名的还有李商隐的“春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干。”

  可以说,桑和蚕是世界人民对华夏文明最早的认同。及至汉代大外交家张骞出使西域,打造了蜚声国际的丝绸之路,开启了华夏文明傲立世界潮头的历史,并演变成为今天“一带一路”的重要文化基因。

  改革开放初期,桑蚕及丝绸业更承担了国家出口换汇的重要功能,对经济发展有不可替代的作用。在1984至1994年,丝绸业迎来发展的十年黄金期,一度超越日本重回世界第一。到了21世纪初,我国作为世界蚕丝生产中心,蚕茧和生丝产量约占世界总量的70%,国内生产总值近100亿美元,丝绸工业年产值达700亿元。桑蚕业,成了一端连着国际市场,一端连着乡梓情缘的重要产业,在我国的文化和经济上都有着重要意义。

  但是,尽管我国丝绸产量大,但整个20世纪,国际桑蚕业的霸主地位几乎都由日本牢牢占据,而世界蚕业主要技术体系也由日本在20世纪中叶创建。2003年,日本更是率先开启了家蚕基因组计划,并计划由此开创“由日本出发的丝绸之路”,将该年度命名为“日本丝绸之路元年”。

  蚕桑业本身巨大的经济效益和社会效益,让科研界的竞争更加白热化。

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  新旧世纪之交,正是基因组研究的高光时刻。

  与曼哈顿原子弹计划、阿波罗计划并称为20世纪三大科学计划的国际人类基因组计划,宣布完成。此后,通过破解基因的奥秘来促进生命科学和产业发展,成为学界的热潮。

  面对日本的抢跑,夏庆友及团队面临的选择只有两个:要么眼睁睁看着日本完成家蚕基因组框架图,继续掌控基因知识产权,把握产业的主动权,让“丝绸之路”之名旁落;要么抢在日本前拿出成果!

  项目组找到了华大基因,寻求支援。此前,华大基因已经完成人类基因组计划1%测序工作和水稻基因组,具有成熟稳定的基因组测序能力和世界领先的组装拼接技术。尤其是在水稻基因组上,同样面对来自日本科研人员的竞争,华大基因成功地用更短时间完成了框架图,并率先在《Science》封面发表研究成果。

  (北京华大基因研究中心旧址)

  得悉家蚕基因组项目的现状,华大基因义无反顾地加入,与以夏庆友为代表的西南大学(原西南农业大学)科研团队一起,背水一战,让中国重新掌握桑蚕业的话语权。华大基因调动了80%以上的员工,积极参与到项目中,不仅在测序组装、信息分析等方面提供专业支持,还主动承担了项目所需总经费的一半,约3000万巨资。

  时不我待,中国家蚕基因组计划即刻启动。

  2003年,正是非典肆虐、人心惶惶的时候。在距离小汤山医院不到30公里的北京华大基因研究中心,项目组400多名工作人员众志成城,超常规付出,抢时间,赶进度,每天从早上9点开始,凌晨2点结束。没有节假日,来不及休息。

  (夏庆友(中)与家蚕项目组部分成员)

  功夫不负有心人。项目组最终完成了550万的测序反应,每个测序反应所获得的平均测序长度为610碱基,比原计划家蚕基因组测序完成的日子提前了5天,更成功抢在日本之前!不久后,我国正式宣布:在世界上率先绘制完成家蚕基因组框架图。

  这是我国科学家继完成人类基因组1%测序工作、水稻基因组框架图和精密图之后,向人类贡献的第三大基因组研究成果,也是建立21世纪丝绸之路的起点和里程碑。

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  “科学技术是第一生产力。”30多年过去了,当年邓小平在会见捷克斯洛伐克总统胡萨克时发表的重要论断,仍然振聋发聩,在桑蚕产业上得到了充分论证。

  “基因组完成后,整个桑蚕业就是完全不一样的新天地。”回望当年白热化的竞争,夏庆友感慨。框架图之后,他和团队继续完成了家蚕精细图、高精度遗传变异图谱的构建。家蚕成为完成基因组学研究“三部曲”的少数代表物种之一。我国桑蚕研究及产业应用由此跨入全新阶段。

  有了框架图和精细图,就相当于有了一张详细的基因位点地图,科研人员只要按图索骥,就可以快速、精准地找出控制某个性状的目标基因,并鉴定、调控它的优异等位变异。夏庆友带领团队与国内多家机构合作,开展了家蚕功能基因组研究,瞄准蚕丝蛋白合成、免疫与疾病抵抗性、变态发育、性别决定等重要生物学和经济学性状,解析机理、寻找靶标、实现调控。十多年来,研究过程波澜壮阔,研究成果蜚声中外。

  其中极受关注的是,团队通过基因组编辑,对丝蛋白进行了基因重组,并让蚕宝宝吐出人工合成丝蛋白。这是世界上首次实现人工设计的蛋白纤维在活体生物中合成,有着极其重要的应用价值。通过改良的桑蚕丝,用来制作织物,既能保持桑蚕丝的舒适感,又像棉衣一样好打理;用来制作面膜,吸水性更强,更有利于皮肤吸收营养;更为重要的是,人工合成的丝蛋白,未来可能广泛应用于生物工程中。

  而在距离西南大学50多公里的大庙镇三品村,密布的桑林园,也在夏庆友和团队的努力下,焕发了不一样的生机。从2010年开始,团队就在这里进行了一系列新的尝试,向产业链的上游探索。

  团队在2013年完成了桑树基因组的测序,并在此基础上,将桑叶、桑树枝研发成蚕饲料,调配出不同口味的配方,满足不同品种和发育阶段的蚕宝宝。让人惊喜的是,喂食饲料的蚕茧质量优良。科研人员还能通过调整饲料成分,控制蚕茧品质,进而提高丝绸产品质量。人工饲料的另一个优势是喂养次数少,一个人就能轻松实现传统模式下十个人的工作效率。

  目前,我国的桑蚕业产值已近4000亿,较基因组计划完成前增长了近6倍。随着更多新技术的研发及应用,未来桑蚕业将不再局限于传统丝绸业,而是向美容化妆、生物材料、国防军工、蛋白质生产等领域拓展,推动我国高新技术产业的发展。

  “未来,这将是个上万亿的产业市场。”夏庆友笃信。

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  自20世纪下半叶超过日本以来,我国一直是世界上最大的蚕茧和生丝生产国和出口国。但随着城镇化的加快,土地成本和人力成本不断上涨,依旧遵循传统方式的桑蚕业,日渐丧失吸引力。“今年我国桑蚕业以10%-20%左右的速度在减少,如果没有新技术、新模式,前景堪忧。”夏庆友称。

  遥想当年,日本传统桑蚕业随着城镇化的日渐高潮,走出了一条逐渐向下的曲线,拱手让出“桑蚕大国”的王座,至今产业逐渐式微。前事不忘,后事之师。避免重走日本的老路,只有问道产业升级。

  2006年,国家启动了“东桑西移”战略,逐步把蚕茧主产区从东部地区向西部地区转移。得益于科研技术的牵引,我国桑蚕业全球化布局日趋活跃,甚至已逐渐往泰国、缅甸、印度、乌兹别克斯坦、哈萨克斯坦等国家迁移,成为“一带一路”中率先走出去的先锋产业。

  产业迁移带来一系列新的问题:品种和饲养方式是否合适、蚕茧质量如何提升、病害如何防治……这些,都要靠生物学来解决。而基因,是最好的切入点。

  夏庆友认为,未来桑蚕业的可持续发展必然走向集约化、机械化和智能化。得益于基因组研究的成果,他和团队专注于家蚕免疫学、变态发育、丝蛋白、饲料化等方面的研究,在十多年的持续创新中,保持了世界一流的科研水平,为产业未来的发展做好了重要的准备。

  在人工饲料饲养家蚕的基础上,夏庆友和团队开创了多层饲养方式,以便充分利用空间,节约土地资源,为传统养蚕业注入了新活力。今年3月,他们研发出了全自动化养蚕机,实现了养蚕全流程的自动化,同时借助大数据进行智能决策,真正实现高效低成本饲养家蚕。这些成果也得到了包括央视《走近科学》等在内的众多媒体平台的报道,为越来越多人所熟知。

  “繁霜尽是心头血,洒向千峰秋叶丹。”一代又一代科研人擎起信仰,永不止息地求索,不仅让21世纪的丝绸之路焕发了新的光彩,更不断推动世界的轴心,向着这个五千年的文明古国转移。

  关于家蚕的故事,才刚刚开始。

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