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基因編輯大豆與轉基因大豆是兩回事

2019-11-22 07:11:27 當代工人 2019年19期

張田勘

中國農業科學院近日發布消息稱,該院作物科學研究所植物轉基因技術研究中心、大豆育種技術創新與新品種選育創新團隊,利用CRISPR/Cas9基因組編輯技術(一種基因剪刀)定點敲除大豆開花調控關鍵基因GmFT2a和GmFT5a,創制出更適合低緯度地區種植的基因編輯大豆。這一研究結果已經在線發表于《植物生物技術雜志(Plant Biotechnology Journal)》。

基因敲除

一聽這個消息,在一些人的腦海中馬上浮現的是轉基因大豆,除了指責,還認為基因編輯大豆像轉基因大豆一樣對身體有害。稍安勿躁,先看清并理解透了基因編輯大豆是什么,再行評判也不晚,不能一看到這個產品是“作物科學研究所植物轉基因技術研究中心”研發的就認為是轉基因大豆。而且,轉基因大豆和更多的轉基因食品在目前都被證明對人體無害。

要弄清基因編輯大豆和轉基因大豆,首先要弄清基因編輯。

基因編輯是利用基因剪刀,如CRISPR/Cas9,對植物或動物基因組上的某一基因進行敲(去)除,或者增加一段基因,或者是屏蔽一段基因,抑制其正常功能;又或者是讓一段基因移位,從前面的順序挪動到后面,或反之,從后面移動到前面。當然,轉基因,即轉移一段外源性基因(目標基因)到一種作物或動物的基因組中,以發揮目標基因的特殊功能,也屬于基因編輯。因此,基因編輯是一個大概念,轉基因只是基因編輯其中一個部分。

此次農科院的基因編輯大豆并沒有轉移外源性基因到大豆中,只是敲除了GmFT2a和GmFT5a基因,這兩個基因可以說是一種生物時鐘基因,是大豆重要的開花促進因子。好雨知時節,當春乃發生。作物的生長發育也像其他生物一樣,必須按季節順序順勢而為,什么時節發芽,什么時間開花結果,都需要依節氣來行事。

所有的植物都有開花基因,這是最初從擬南芥的研究得知的,擬南芥的開花基因就是FT基因,但其他植物的基因都有各種名稱。正是GmFT2a和GmFT5a基因決定了大豆開花的時間和適應不同地區的生長期的長短。

大豆的生長對光周期反應敏感,絕大多數品種只有在日照長度縮短到一定限度后,才能從營養生長轉入生殖生長,進而開花結莢。也因此,一般的大豆品種轉移到北方種植時,往往晚花晚熟、生長期延長,甚至不能開花或正常成熟;但是,在向南方轉移種植時,則一般表現為過早開花、生長期縮短,產量降低,甚至不能正常生長。

這種光周期反應特性使得大豆品種適宜種植區域普遍比較狹小。如果用基因剪刀敲除這兩個生物時鐘基因,創造出的新品種就可以既適應長日照、也能適應短日照,讓大豆在更為廣袤的中國大地上種植,由此不僅會大幅提高產量,還會收獲種子。有了種子,就不用去買轉基因種子來種植,實際上是一舉多得的舉措。

因此,中國農業科學院此次的基因編輯大豆,是敲除了大豆中的兩個開花調控基因,讓大豆更能適應中國各地的氣候和地理環境,同時能夠提高其產量。

轉基因爭議

再來看轉基因大豆。

轉基因大豆只是目前全球許多轉基因作物的一種。現在全球產量排前4位的轉基因作物是大豆、玉米、油菜、棉花,它們的種植面積占全球轉基因作物種植總面積的99%。此外,其他常見的轉基因產品還有西紅柿、木瓜、南瓜、甜椒、牽牛花等。世界各國正在研發的轉基因作物和產品還包括水稻、蘋果、香蕉、大麥、椰子、芒果、菠蘿和甘薯等。

現在的轉基因大豆主要轉入的是抵抗除草劑草甘膦的基因,也是一種抗除草劑的轉基因作物。研究人員將來自矮牽牛的抗性基因(EPsPs基因)導入大豆基因組中,培育出了抗草甘膦大豆品種。這種轉基因大豆于1994年被美國食品與藥品管理局(FDA)批準,成為較早實現商業化大規模推廣的轉基因作物之一。

由于轉基因大豆具有耐受草甘膦的基因,農民在種植時就可以施用草甘膦來去除雜草,而不會損害大豆苗子,這樣既能減少農民的田間勞作時間,也能保障大豆的產量。

不過,抗草甘膦的轉基因大豆也有一些隱患,其中一個就是可能對生態造成負面影響。因為,如果長期使用草甘膦,可能會讓田間的雜草產生抗性,反而會讓農民使用除草劑越來越多,對生態不利。另一個更嚴重的后果是,還可能讓耐受草甘膦的雜草植物基因在大自然的多種植物之間產生漂移,進而使更多的植物耐受草甘膦,反而會讓雜草獲得生存優勢,也對作物如大豆或玉米、棉花等其他轉基因作物的產量造成影響。

爭議比較大的還有另一類轉基因作物——轉基因玉米,它轉入的是蘇云金桿菌的基因(Bt基因),有了這種基因,就能殺滅吃作物的昆蟲,以保護作物,提高產量。

人們的擔心是,既然轉入了Bt基因的玉米等能殺蟲,人吃了這樣的玉米也可能會傷害人。不過研究證明,這種擔心是多余的,Bt基因能夠殺滅吃作物的蟲子,是因為蟲子胃里是堿性的,能把Bt蛋白溶解,再由蛋白酶切開并釋放出特定片段。特定的片段與蟲子體內特定的受體結合,才能產生毒性,殺死蟲子。

人和高級哺乳動物的胃液為強酸性,腸胃中不存在與Bt毒素結合的受體。Bt蛋白進入哺乳動物胃腸后,與其他蛋白質一樣,在胃液的作用下降解為氨基酸,變成可以被哺乳動物利用的營養成分。因此,人吃這種轉基因食品是無害的。而且,目前為止,也并沒有轉基因食品危害人們健康的事例發生,迄今轉基因食品都是安全的。

基因編輯≠轉基因

事實上,盡管基因編輯大豆和轉基因大豆都涉及基因,卻是兩種大相徑庭的現代新產品。

比較起來,基因編輯大豆只是減少了大豆的兩個基因,并沒有把外源性基因轉移到大豆中,它的安全性與傳統大豆一樣,并沒有受到影響。不過大家也不要對轉基因作物過分擔憂,即便是轉基因作物,也未必就不安全,而是要看轉入了什么基因。例如,把玉米的高產基因轉移到水稻或小麥中,就是一種方向。

現在,袁隆平團隊也在進行轉基因水稻的研究,目前的研究課題包括:通過轉基因技術將野生水稻的基因轉到栽培稻中;將抗水稻除草劑苯達松的抗性基因轉移到水稻恢復系的葉綠體中;把螺旋藻基因轉移到禾本科糧食作物中,等等。

其中,“把抗水稻除草劑苯達松的抗性基因轉移到水稻恢復系的葉綠體中”就有點兒像現在大面積種植的抗除草劑草甘膦的轉基因大豆。只要是經過動物試驗,同時經過人體試驗,對人無害,這樣的轉基因水稻和其他作物就是可以接受的。而且,袁隆平也曾表態,他自己愿意吃轉基因食品來驗證轉基因產品的安全性。

當然,說到轉基因作物,現在全世界在進行的研究項目也非常廣泛,主要涉及抗病蟲、耐除草劑、品質改良等目標性狀的轉基因作物,而且很多都獲準進入田間試驗。抗除草劑的有抗草甘膦、草丁膦等;抗病的有抗黃瓜花葉病CMV、木瓜環斑病PRSV、煙草花葉病毒病TMV等;抗蟲的有抗棉鈴蟲、玉米螟、馬鈴薯甲蟲、水稻螟蟲、茄子食心蟲等;抗逆的有抗旱、耐鹽等;品質改良的有高賴氨酸、高不飽和脂肪酸、高植酸酶、表達人乳鐵蛋白、延熟耐貯、改變花色以及增加維生素、蛋白質、淀粉含量等;以及氮磷鉀肥高效利用等。

盡管有如此多的轉基因作物在進行試驗,但真正獲批的并沒有多少。而且,現在的基因編輯大豆并非轉基因大豆,其安全性與傳統大豆不相上下,因此既不要把基因編輯大豆與轉基因大豆混為一談,更不值得為基因編輯大豆杞人憂天。

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