抗草甘膦 EPSPS 基因的专利保护分析

2010年《中国生物工程杂志》第二期抗草甘膦EPSPS基因的专利保护分析宋敏∗，刘丽军，苏颖异，张锐（1中国农业科学院农业知识产权研究中心，2中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081）摘要：抗草甘膦转基因作物是目前全球播种面积最大的转基因作物，抗草甘膦基因（EPSPS）的克隆、表达及其功能验证等也因此成为现代分子生物育种研究的重点，利用专利等知识产权保护措施将这些功能基因和转化技术转变成自己的独占产权是发达国家和生物技术公司普遍采取的发展策略。通过检索搜集全球范围内EPSPS基因的专利和转化品系信息，分析研究了EPSPS基因在全球的专利保护、核心技术专利分布与产业化运用状况。结果表明，近几年对EPSPS的专利申请量迅速增加，专利申请人主要集中在美国、法国、中国等国家，但是核心技术和产业化应用的绝大部分专利由孟山都、拜耳、先锋、先正达等跨国公司拥有，相关产业的发展主动权也由此被其掌控。关键词：草甘膦；EPSPS；基因；专利；产业化AnalysisofPatentProtectionofGlyphosate-toleranceEPSPSGeneSONGMin,LIULi-jun,SUYing-yi,ZHANGRui(ChinaCenterforIntellectualPropertyinAgriculture,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081)Abstract:Glyphosate-tolerantcropcurrentlytakesthebiggestshareofGMcultivationareaallaroundtheworld.Thus,thecloning,expressionandfunctionofEPSPSbecomemainfocusesofmodernbio-molecularbreeding,andputtingthefunctiongenesandtransformationtechniquesintotheirownexclusivepropertyrightsbyIPprotection,suchaspatent,becomesthegeneraldevelopmentalstrategyofdevelopedcountriesandbio-technologycompanies.ThisarticleanalyzesthecurrentsituationofIPprotection,corepatentdistributionandindustrializationofEPSPSgenethroughouttheworldbyretrievingdataofglobalEPSPSgenepatentsandtransformationevents.TheresultshowsthatapplicationsofEPSPSpatentssoaredupinrecentyearsandtheapplicantsweremainlyfromtheUS,FranceandChinaetc.,butmostofthekeytechnologiesandindustrializationwereownedbyinternationalcompanieslikeMonsanto,Bayer,PioneerHi-bred,andSyngenta,andtheinitiativeofcertainindustrialdevelopmentwascontrolledconsequently.KeyWords:glyphosate;EPSPS;gene;patent;industrialization                                                             本文受到中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（2009‐22）资助。 ∗ 通讯作者：[e-mail] 2010年《中国生物工程杂志》第二期1.前言草甘膦（Glyphosate）因理化性质稳定并具有高效、广谱、低毒、低残留、易分解、不破坏土壤环境和对大多数植物具有强灭生性等优点[1-3]，自1971年Monsanto公司开发成功以来，备受市场青睐，现已成为全球销售量最大的植物保护产品[4]。因此，草甘膦也成为抗除草剂转基因作物研究的首选对象，抗草甘膦转基因作物是目前全球播种面积最大的转基因作物。2008年，全球抗除草剂转基因作物种植面积7900万公顷，占全部转基因作物播种总面积的69%，其中50%以上是抗草甘膦除草剂品种。面对巨大的市场化运用前景，抗草甘膦基因克隆、功能验证和转化运用成为各国农业生物技术研发的重点和热点。目前，抗草甘膦植物基因工程主要采用三种方法。第一，植物细胞通过5-烯醇丙酮酰-莽草酸-3-磷酸合成酶(5-enolpyruvyl-shikimate-3-phosphatesynthase,EPSPS)的超常表达对一定剂量的草甘膦产生抗性。第二，植物细胞通过EPSPS基因的作用活性位点变化对草甘膦产生抗性，即通常所说的EPSPS抗草甘膦基因。利用这种作用机理使植物具有草甘膦抗性的常用基因主要是CP4-EPSPS和aroA两种。第三，导入编码草甘膦氧化还原酶基因。该方法目前主要采用草甘膦N乙酰转移酶(glyphosateNacetyhransferase)基因，即GAT基因。在上述几种抗草甘膦基因中，最常用的是EPSPS基因，其中又以CP4-EPSPS基因为主。上世纪80年代以来，EPSPS基因的筛选、改造与转化工作进展很快，特别是一些大型国际生物技术公司投重资研发产生了许多研究成果，同时针对EPSPS基因及相关技术申请了大量的专利，构筑了严密的知识产权保护网。我国是草甘膦的生产和使用大国，抗草甘膦转基因作物在我国具有巨大商业2010年《中国生物工程杂志》第二期化应用潜力。潜在的巨大市场正在成为各农业生物技术公司竞争的焦点，对EPSPS基因及相关技术的知识产权部署已在我国悄然展开。我国在抗草甘膦转基因作物方面的研究已经取得一定进展，但与发达国家相比，依然差距明显。因此，系统分析研究EPSPS基因及其相关技术的专利保护情况，对我国在相关研究领域有效规避知识产权陷阱，发挥“后进优势”实施“赶超战略”，加速创造自主知识产权，提升核心竞争力具有重要的意义。2.EPSPS基因的专利保护2.1EPSPS基因在全球的专利保护在欧洲专利局的Worldwide数据库、美国专利局的专利公布和专利申请数据库，通过设定标题和摘要的关键词为“EPSP*”、“glyphosate和tolerance,tolerant,resistant,resistance”、“Enolpyruvyl和shikimate”，并按照国际专利分类法（IPC）指定IPC分类号含有C12N15（突变或基因工程；基因工程涉及的DNA或RNA，载体如质粒或其分离、制备或纯化；所使用的宿主）进行检索，并经过人工判读排除不相关专利，最后获得1980年1月1日-2009年5月12日期间EPSPS在全球主要国家的专利信息。到2009年5月12日为止，共在19个国家和地区的授权专利中检索到EPSPS基因相关专利142项，如果计算同族专利1在内共有1327项（专利的详细情况见本文附表）。最早的EPSPS基因专利是美国的Calgene公司1983年1月1日在美国申请(专利号：US4769061)，该专利共被引证了48次，是抗草甘膦转基因技术的核心专利之一。随着转基因作物播种面积的不断扩大，EPSPS基因在全球的专利申                                                             1同族专利：具有共同优先权的，由同一申请人在不同国家或国际专利组织多次申请、并经多次公布或批准的内容相同或基本相同的一组专利文献。2010年《中国生物工程杂志》第二期请量开始逐年增加（如图1），2005年起年申请量都在40件以上，并且呈逐年上升的趋势。图1：EPSPS基因专利申请量（不含同族专利）Fig.1ApplicationsofEPSPSgene(excludingfamilypatents)如表1所示，法国的罗纳普朗克（RhonePoulencAgrochimie）公司拥有的EPSPS基因专利最多，高达46件，由于该公司2002年已被拜耳公司（BayerCropscience）收购，加上拜耳公司本身拥有的9条专利和拜耳公司2002年收购的Aventis公司所拥有的5条专利，拜耳公司实际上拥有EPSPS专利最多，总计达到60条（不含同族专利，下同）。其次是孟山都公司（23件）、杜邦先锋（23件）和先正达（14件）。但是，从包括同族专利在内的专利总量比较，孟山都公司最多，总共有294条专利。孟山都公司平均每条专利有12.8个同族专利，专利的保护范围更广。孟山都、拜耳、杜邦先锋、先正达等大型国际生物公司拥有的EPSPS专利占84.5%。从专利权人的国籍来看，申请EPSPS基因专利最多的是美国（92件），其次分别是法国（65件）、中国（30件）、瑞士（20件）、德国（12件）、英国（11件）。中国在这方面具有一定研发实力，如中国农科院的生物技术研究所和中山大学分别有8条、4条专利，但与孟山都、先正达、杜邦先2010年《中国生物工程杂志》第二期锋相比，平均每条专利的同族专利不超过2条，在全球范围拥有的EPSPS基因专利总数并不多。表1.EPSPS基因专利申请量的前10位申请人Table1.Thetop10applicantsinthepatentapplicationofEPSPSgene申请人国家专利申请量（不含同族）专利申请量（含同族）平均每条专利的同族专利数罗纳普朗克RhonePoulencAgrochimie法国462144.7孟山都Monsanto美国2329412.8杜邦先锋DupontPioneer美国191367.2先正达Syngenta瑞士14705.0AthenixCorporation美国14956.8拜耳作物BayerCropsicens比利时/德国9505.6中国农业科学院生物技术所中国8121.5诺瓦提斯Novartis瑞士5285.6巴斯夫Basf德国56713.4Aventis德国5163.2注：2002年RhonePoulencAgrochimie和Aventis都被Bayer收购。诺瓦提斯（Novantis）是先正达公司前身的一部分。Notes:Intheyear2002RhonePoulencAgrochimieandAventiswasrespectivelyacquiredbyBayer;In2000NovartisandAstraZenecamergedtheiragribusinessestoformSyngenta.2.2EPSPS基因在中国的专利保护利用“EPSPS”、“抗”和“草甘膦”、“抗”和“除草剂”等作为关键词，从中国专利数据库检索全部EPSPS基因专利，并经过人工排除不相关专利，发现在我国申请的EPSPS转基因技术相关的专利有44项，但这些专利（尤其是国内申请的专利）有不少是有关EPSPS检测方法与设备（如试剂盒及方法）的发明。目前总共有14项在中国获得授权，另有14件已进入实质审查阶段。就申请量而言，最多的是中国农科院生物技术研究所（7件，主要来自该所的林敏课题组），其次是先正达6件（包括先正达4件，其前身公司Novantis和Zenaca各1件）、2010年《中国生物工程杂志》第二期巴斯夫4件、中山大学4件、孟山都3件。就授权专利而言，目前国内真正有效的EPSPS专利只有6件，分别被中山大学（3件）、中国农科院（1件）、北京大学（1件）、中国农业大学（1件）所拥有。其中，中国农科院生物技术研究所和四川禾本生物工程有限公司于2003年共同申请的