作者：李东巧,杨艳萍.作物基因组编辑技术国际发展态势分析.中国科学:生命科学,2019,49
引言
数据分析工具包括数据分析软件(derwentdataanalyzer，DDA)、可视化分析软件Citespace和社会网络分析软件UCINET。
1.2方法
统计计量。数据下载后，将数据导入DDA分析工具中进行数据清洗，再利用EXCEL和UCINET等工具进行数据分析、统计和图表绘制。
(2)研究热点分析。CiteSpace是用来分析、挖掘和可视科研文献数据的应用软件，通过分析寻找学科领域的研究热点，并以可视化的方法呈现。通过CiteSpace对论文的关键词进行分析、探索和分析作物基因组编辑技术领域的热点主题及其发展趋势。其中节点大小表示关键词的频次，节点越大，被引频次越高。
(3)专利研发主题分析。通过DerwentInnovation平台中的THEMES主题分析功能，对技术领域的研发主题进行可视化分析，形成专利主题分布全景图。其中山峰表示相似专利形成的不同技术主题，白色表示专利集中领域和热点。
2作物基因组编辑技术基础研究情况分析
2.1研究论文发文数量年度变化趋势
根据作物基因组编辑发文量的分布特点，其研究历程大致分为三个阶段(图1)。
图1作物基因组编辑技术文献年度分布
2.2四种分支技术的研究论文数量分析
图2作物基因组编辑技术文献量对比,各分支的文献之间有少量重叠
2.3研究主题分析
图3作物基因组编辑技术热点年度分布
2.4重要国家分析
图4基因组编辑技术发文量年度变化趋势
图5作物基因组编辑技术发文TOP20国家合作网络
从发文量排名TOP10国家的四个分支文献量分布来看(图6)，美国、德国和法国在4种基因组编辑技术的布局较为均衡，其他国家则有所侧重。其中，中国、日本、英国和韩国偏重在CRISPR技术领域，印度和澳大利亚偏重在ZFN技术领域，加拿大偏重在MN技术领域。
图6作物基因组编辑技术文献量排名TOP10国家的技术分布
2.5重要机构分析
图7作物基因组编辑技术发文TOP20机构分析
从合作关系上看(图8)，TOP20机构合作彼此紧密，中国科学院与美国普渡大学的合作数量最多(15篇)，且主要集中在2013~2017年，研究内容涉及CRISPR/Cas系统、CRISPR-Cpf1系统、diRNAs和转录因子等。爱荷华州立大学、明尼苏达大学、哈佛大学、内布拉斯加大学和加州大学戴维斯分校等美国大学之间的合作关系也较为密切，主要涉及遗传转化、转录激活因子、定向诱变和CRISPR-Cpf1系统等内容。此外，日本国家农业生物科学研究所和日本横滨市立大学的合作关系较为密切，双方在2010~2016年期间共发表了15篇研究论文，主要研究TALEN介导靶向突变、精准定向突变和CRISPR/Cas系统等。
图8作物基因组编辑技术发文TOP20机构合作网络
3作物基因组编辑技术的技术研发现状
3.1四种分支技术的专利数量分布情况
从作物基因组编辑技术专利数量分布来看(图9)，CRISPR技术的专利数量最多，达1259件，占总量的46。68%；其次为MN技术，其专利数量达1104件，占总量的40。93%；ZFN技术的专利数量排名第三，为978件，占总量的36。26%；专利量最少的为TALEN技术，达751件，占总量的27。85%(各分支的专利之间有少量重叠)。
图9作物基因组编辑技术专利数量对比
3.2作物基因组编辑技术的重要发展历程
图10作物基因组编辑核心技术发展历程
ZFN核心专利集中分布在2003~2008年，近年来未见该领域的核心专利出现。目前，ZFN技术主要被Sangamo公司掌控，内容涉及利用锌指核酸酶提高同源重组的方法、利用改造的锌指蛋白调控作物内源基因表达等。
3.3技术研发内容分析
图11作物基因组编辑技术专利主题分布全景图
3.4重要国家分析
作物基因组编辑专利申请数量排名前10位的国家依次为:美国、法国、中国、德国、日本、比利时、瑞士、荷兰、韩国和英国(图12)。其中，美国的专利数量最多，达1088件，遥遥领先于其他国家。中国的专利申请数量排名第三位，达225件。从技术分支上看(图13)，美国在4种不同的基因组编辑技术的布局较为均衡，且每类技术专利数量均排名第一；中国则偏重在CRISPR技术领域；法国和英国偏重在TALEN技术领域；德国和韩国偏重在MN技术领域。
图12作物基因组编辑技术专利TOP10申请国家
图13作物基因组编辑技术专利数量TOP10国家的技术分布
3.5重要专利申请机构分析
图14作物基因组编辑技术TOP20专利申请机构
从合作关系上看(图15)，除加州大学和维也纳大学外，主要专利申请机构的合作网络主要以本国国内机构为主，合作多以“小团体”形式体现。其中，美国陶氏益农、Sangamo公司和Sigma-Aldrich公司之间，哈佛大学、麻省理工学院和Broad研究所之间，明尼苏达大学和爱荷华州立大学之间各形成3个合作团体。陶氏益农和Sangamo公司之间合作最频繁，双方在2008~2017年期间共申请84件专利，研究内容涉及锌指蛋白、靶向修饰及整合外源序列的方法和组合物等。
图15作物基因组编辑技术TOP20专利申请机构合作网络
4作物基因组编辑技术的行业发展现状
4.1农业跨国公司非常重视基因组编辑在作物育种中的应用
4.2基因组编辑作物商业化产品预计2020年上市
5总结与展望
5.1总结
以美国、法国和德国为代表的欧美发达国家是作物基因组编辑技术的发源地，在这一领域具有较强的领先优势，其论文数量和专利申请量均遥遥领先于其他国家。其中，该领域的基础研究主要以科研机构和大学为主，多数机构之间合作往来密切，中国科学院、美国爱荷华州立大学和明尼苏达大学等机构是主要的研究论文产出机构。该领域技术研发则以企业为主，机构合作的开展仅局限于“小团体”之间，Cellectis、陶氏益农和Sangamo是主要的专利申请机构。
我国在作物基因组编辑技术领域的研究虽然起步相对较晚，但是后续发展快速，发文量于2017年首次超过美国，成为该领域年度发文最多的国家。其中，中国科学院的研究论文数量位居全球首位，表现较为突出，在作物基因组编辑技术领域的基础研究具有明显优势。
5.2展望
杜邦先锋、陶氏益农和孟山都等跨国公司在基因组编辑技术的产业化发展进程中起到一定的引领和推动作用，主要通过与基因组编辑主要研发者的技术转让和合作方式纷纷进入该领域，并利用CRISPR等最新基因组编辑技术获得了玉米和小麦等作物新品种，以期在未来利用基因组编辑技术进行农作物品种改良中能占有一席之地。