轉(zhuǎn)基因領(lǐng)域的新型培育技術(shù)

1、轉(zhuǎn)基因領(lǐng)域的新型培育技術(shù)胡昭陽/編譯新一代轉(zhuǎn)基因玉米正在準(zhǔn)備著進(jìn)入市場(chǎng)，它們也許能緩解人們對(duì)于“恐怖的怪物食品”的憂慮。安娜斯塔西亞博德納(Anastasia Bodnar)回憶起第一代轉(zhuǎn)基因生物體剛被研發(fā)出來時(shí)的情形，“那 時(shí)大家覺得它們是噴氣背包那樣的科幻發(fā)明一一未來式的、最有營養(yǎng)的作物。外國的食品將岀現(xiàn)在超市貨 架上，還能緩解世界饑餓問題?！比欢裉?，她說，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的大部分優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用。轉(zhuǎn)基因作物可以抵抗除草化 學(xué)物或抵抗病蟲害。這些特性使得種植者得以提高產(chǎn)量，減少殺蟲劑的使用。在最理想的情況下，普通消費(fèi)者們幾乎不會(huì)注意到這些優(yōu)點(diǎn)，博德納說。她現(xiàn)在是威斯康辛州米德爾 頓

2、一家非營利性轉(zhuǎn)基因生物倡議組織的生物技術(shù)專家。在最壞的情況下，它們會(huì)激起轉(zhuǎn)基因技術(shù)反對(duì)者的 怒火，這些人聲稱轉(zhuǎn)基因技術(shù)使得權(quán)力和利潤集中在少數(shù)大公司手中，并且它們也是科學(xué)家們對(duì)自然不顧 危險(xiǎn)任意妄為的最佳例證。但是現(xiàn)在，新一代的轉(zhuǎn)基因作物有可能改變這一狀況，目前它們正在努力走岀實(shí)驗(yàn)室，走向市場(chǎng)。這 些作物的出現(xiàn)將能解決一些新的問題，如不容易變色的蘋果，還有強(qiáng)化了營養(yǎng)含量、能夠改善貧困國家人 口飲食的橙色香蕉。還有一些新一代的轉(zhuǎn)基因作物，是運(yùn)用了先進(jìn)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育岀來的，它可以直接精確編輯該品種 自身的基因。這種技術(shù)手段可以降低使用別的品種的基因來改變另一種農(nóng)產(chǎn)品基因的數(shù)量一一這也是轉(zhuǎn)基 因技

3、術(shù)最被人詬病的一點(diǎn)。因此，這項(xiàng)技術(shù)也有望減少公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的不安。事情也有可能不會(huì)發(fā)展的這么順利。不管這些作物在實(shí)驗(yàn)室里表現(xiàn)岀了多少優(yōu)良品質(zhì)，它們還是需要 在辛苦、昂貴、細(xì)致的田野實(shí)驗(yàn)中切實(shí)展示自己的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)受重重監(jiān)管考驗(yàn)，在持有疑慮的公眾面前證明 自己。上述過程中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)并不容易，西雅圖的華盛頓大學(xué)研究新技術(shù)的政治和社會(huì)問題的菲利 普白瑞諾(Philip Bereano )指出，對(duì)于轉(zhuǎn)基因生物體的爭(zhēng)議范疇廣泛，從對(duì)安全和產(chǎn)品標(biāo)識(shí)的擔(dān)憂到 對(duì)生命專利權(quán)的倫理問題?！叭藗儠?huì)擔(dān)心他們用什么喂養(yǎng)自己的孩子，”他說，“這永遠(yuǎn)不會(huì)改變。”然而，大多數(shù)轉(zhuǎn)基因生物體研究者們似乎認(rèn)定最糟糕的技術(shù)問題都

4、已經(jīng)是過去式了，未來是光明的。 如果你在尋找轉(zhuǎn)基因生物體的噴氣背囊時(shí)代，博德納說，“現(xiàn)在已經(jīng)開始?！钡谝徊ㄞD(zhuǎn)基因作物主要銷給了農(nóng)民們，這代產(chǎn)品的賣點(diǎn)是能減輕農(nóng)民的工作負(fù)擔(dān)，提高產(chǎn)量和利潤。 例如1996年生物科技公司孟山都在首次推出他們的暢銷產(chǎn)品“抗農(nóng)達(dá)”時(shí)是這樣介紹的：這是一種轉(zhuǎn)入 了一個(gè)細(xì)菌基因的大豆，它可以抵抗孟山都公司制造的草甘膦除草劑“農(nóng)達(dá)”。這樣，種植者不需要使用 多種除草劑，只用一種就可以殺滅絕大多數(shù)雜草，還不會(huì)破壞農(nóng)作物。其他的轉(zhuǎn)基因作物很快隨之面世， 包括孟山都的轉(zhuǎn)BT基因棉，該棉花品種的基因經(jīng)過改造，能產(chǎn)生一種對(duì)害蟲有毒的細(xì)菌，可以抵抗病蟲 害，并減少殺蟲劑的用量。農(nóng)民們?nèi)?/p>

5、將是新一代轉(zhuǎn)基因生物體的核心市場(chǎng)。在英國的洛桑研究所，科學(xué)家們?cè)谘邪l(fā)比轉(zhuǎn)BT基因棉效果更好的轉(zhuǎn)基因植物，它們只需更少的殺蟲劑，甚至有可能完全不需要?dú)⑾x劑的幫助。這其中的關(guān)鍵 是一種“報(bào)警信息素”，這是一種在一些野生植物中進(jìn)化岀的，模仿蚜蟲釋放岀的化學(xué)警報(bào)信號(hào)的物質(zhì)。 將這種防御物質(zhì)的基因轉(zhuǎn)入小麥，就能培養(yǎng)岀能夠欺騙害蟲，讓它們以為會(huì)有危險(xiǎn)從而達(dá)到驅(qū)蟲效果的作 物。同轉(zhuǎn)BT基因棉和其他現(xiàn)有的轉(zhuǎn)基因生物體不同，這種作物抵御害蟲的機(jī)制并不需要能殺蟲的化學(xué)成 分。據(jù)洛桑中心董事兼行政長(zhǎng)官莫里斯莫洛尼(Maurice Moloney )介紹，該研究的田野實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行中?！皽厥抑械膶?shí)驗(yàn)非常成功，”他說，“

6、如果在田地中也能成功，我們就能繼續(xù)優(yōu)化它使之成為(能大規(guī)模實(shí)現(xiàn)的)穩(wěn)定特質(zhì)。”在此基礎(chǔ)上，莫洛尼說，研究團(tuán)隊(duì)希望能夠擴(kuò)大其努力，尋找更多作物中自然進(jìn) 化出的防御物質(zhì)和阻礙劑，看看能否對(duì)它們進(jìn)行優(yōu)化或修改，使之能夠針對(duì)性地抵御某些害蟲?！袄纾?你也許會(huì)找到某種化學(xué)揮發(fā)物質(zhì)能威懾毛毛蟲、螟蟲等等，”莫洛尼說，“如果我們的研究獲得成功，其 應(yīng)用范圍將是驚人的?！标P(guān)注用戶需求許多轉(zhuǎn)基因生物體的研究者們正在推動(dòng)對(duì)一些大農(nóng)業(yè)公司易忽視的作物的研究。例如，在蘇黎世的瑞 士聯(lián)邦技術(shù)研究所的植物生物技術(shù)組，赫夫凡德舒?zhèn)? Herve Vanderschuren )領(lǐng)導(dǎo)的小組正在研究木 薯，這是一種有塊莖的熱帶

7、灌木，是一些發(fā)展中國家的主糧。研究將從一種能天然抵抗花葉病毒的木薯品種入手，對(duì)其插入能抵抗木薯褐條病毒的基因。自然的耐 藥菌株是為當(dāng)?shù)胤N植需要和市場(chǎng)量身打造的。這種對(duì)局部產(chǎn)地的適應(yīng)性是我們的研究工作非常重要的部 分，凡德舒?zhèn)愓f，也是將銷售目標(biāo)定位在全球范圍的大型農(nóng)業(yè)商業(yè)公司所不屑一顧的。凡德舒?zhèn)惣捌溲芯?小組已經(jīng)成功開發(fā)岀這種抗病毒木薯，正同非洲同行合作，安排檢測(cè)，確認(rèn)它能在當(dāng)?shù)胤N植生長(zhǎng)。對(duì)發(fā)展中國家農(nóng)作物的研究工作大多集中在加強(qiáng)營養(yǎng)這個(gè)方面。其中最著名的例子當(dāng)屬“黃金大 米”，這是對(duì)全球超過半數(shù)人口的主食一一大米的轉(zhuǎn)基因改造。這種大米由于添加了3-胡蘿卜素呈現(xiàn)岀明顯的黃色，能為許多中東國家提

8、供當(dāng)?shù)仫嬍持腥狈Φ木S他命A。第一代“黃金大米”在 2000年就已問世，在經(jīng)歷了艱苦的研究和來自轉(zhuǎn)基因有機(jī)生物體反對(duì)者的批評(píng)后，它們現(xiàn)在正在菲律賓進(jìn)行田野實(shí)驗(yàn)。 等清除了最后的監(jiān)管障礙，它們將在2014年開始正式種植。另一些作物緊隨其后。例如，澳大利亞昆士蘭技術(shù)大學(xué)熱帶作物和生物產(chǎn)品中心主任詹姆斯戴爾(James Dale)正在研發(fā)一種香蕉，它不僅能抵抗香蕉殺手“巴拿馬病”，同時(shí)也富含更多的3 -胡蘿卜素和鐵等多種營養(yǎng)元素。戴爾解釋說，烏干達(dá)和非洲許多國家微量元素缺乏的情況非常嚴(yán)重，而香蕉是那里 的主食之一。其研究在澳大利亞已經(jīng)進(jìn)行了田野實(shí)驗(yàn)。盡管大多數(shù)新一代轉(zhuǎn)基因生物體的目標(biāo)受眾是農(nóng)民，也有一

9、些研究開始將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中的 下一個(gè)步驟：食品加工業(yè)?？死锼惯_(dá)迪克(Chris Dardick )是美國農(nóng)業(yè)研究局在西弗吉尼亞州阿巴拉契亞水果研究站的一位分子植物生物學(xué)家。據(jù)他介紹，對(duì)李子進(jìn)行食品加工原本相當(dāng)困難，因?yàn)樵谌コ鼈?堅(jiān)硬的木質(zhì)果核的過程中常常會(huì)留下碎渣。但是當(dāng)達(dá)迪克和他的研究團(tuán)隊(duì)開始研究一種幾乎無核且易培育 的李子基因后，其團(tuán)隊(duì)已經(jīng)進(jìn)入了這種無核水果研究工程的早期階段?！拔覀冏铌P(guān)心的是產(chǎn)業(yè)界和消費(fèi)者 們能否接受這種產(chǎn)品，目前為止我們得到的反饋都很樂觀?！彼f。現(xiàn)在還有一些轉(zhuǎn)基因有機(jī)物，它們是被設(shè)計(jì)出來直接面向終端消費(fèi)者的?！氨睒O蘋果”在這類產(chǎn)品中 出現(xiàn)較早，它的果肉在被切

10、開和咬過之后不會(huì)迅速變暗。不會(huì)變色的原因是“北極蘋果”在其他蘋果品種 中插入了一種基因，使其減少了多酚氧化酶的產(chǎn)生，正是這種酶會(huì)在一系列生化反應(yīng)中導(dǎo)致蘋果果肉褐 變?！拔姨臀易约壕褪翘O果種植者。由于蘋果銷量下降，我們開始了擔(dān)心?！奔幽么竽歉厣究偛谩?quot;北極蘋果"的發(fā)明者尼爾卡特爾(Neal Carter )說?？ㄌ貭柛嬖V記者，蘋果在超市中的地盤正逐漸被胡蘿卜和其他衛(wèi)生、切好即食的袋裝新鮮果蔬蠶食。發(fā)明出一種也能進(jìn)行類似的加工，不會(huì)褐變 的蘋果，將是蘋果產(chǎn)業(yè)的大福利。不僅如此，如果這種蘋果的市場(chǎng)反饋良好，卡特爾說，他們還將研制“北極牛油果”、“北極梨”，甚至“北極

11、萵苣”。技術(shù)進(jìn)步動(dòng)向當(dāng)前的大多數(shù)基因修改工作采用的技術(shù)還相對(duì)簡(jiǎn)單粗糙。如“基因槍”，是把包裹了從其他有機(jī)體中提取的DNA的金粉毫微顆粒直接送入宿主植物的靶細(xì)胞，DNA將隨機(jī)分布在宿主基因組內(nèi)。但是新的技術(shù)設(shè)備在編輯基因時(shí)已能非常精準(zhǔn)。以轉(zhuǎn)錄激活因子為例，它類似于效應(yīng)器核酸酶(TALENs)和鋅指核糖核酸酶(ZFNs)，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)人員的需求切斷指定位置的DNA通過控制斷面的修復(fù)過程，可以在精確的位置上引入突變、單個(gè)核酸或整個(gè)基因的變化，丹方塔斯(Dan Voytas )說，他在明尼蘇達(dá)大學(xué)的工作中使用的就是這項(xiàng)技術(shù)，“我們可以進(jìn)行非常精確的插入，因此我們能確認(rèn)外來基因會(huì)留在染色體的什么位 置。

12、”這使得研究者們可以在基因組內(nèi)選擇最利于新基因表現(xiàn)的位置進(jìn)行放置，還能減少其對(duì)植物基因組 不利干擾的風(fēng)險(xiǎn)。方塔斯團(tuán)隊(duì)的研究顯示，通過鋅指核糖核酸酶對(duì)煙草基因組進(jìn)行改編可以使其抵抗除草 劑的侵害。還有小組通過相同的方法對(duì)玉米成功地進(jìn)行了改造。此外有研究人員使用效應(yīng)器核酸酶剔除了 水稻中易患白葉枯病的基因。不過方塔斯說，這種技術(shù)“真正的威力”在于能通過修改植物自身的基因使其具有新的性狀。例如， 研究者們不需要像以前一樣，從耐旱細(xì)菌中提取基因，與某種植物結(jié)合使其產(chǎn)生抗旱性，他們只需調(diào)整該 植物自身的多個(gè)基因，就能達(dá)到相同的目的?！罢f真的，這項(xiàng)技術(shù)下一階段的發(fā)展就是到基因內(nèi)部去，直 接改造它們！”方塔

13、斯說。德里克占茨(Derek Jantz )是北卡羅來納州一家名為"精密生物科學(xué)”的生物科技公司的創(chuàng)始人之 一，他也對(duì)直接修改植物自身基因的技術(shù)感到興奮。例如，所有的植物都帶有與孟山都的抗農(nóng)達(dá)植物中細(xì) 菌EPSPS基因同源的基因。因此，理論上說并不需要引入外部基因，直接編輯植物自己的基因就能達(dá)到抵 抗除草劑的效果。和基因改造工業(yè)中的其他研究者一樣，出于商業(yè)上的保密性，占茨拒絕討論具體的研究項(xiàng)目。但是籠 統(tǒng)的說，他告訴記者，“我們正在做的工作，是對(duì)現(xiàn)在已獲得的功能基因組學(xué)數(shù)據(jù)這一財(cái)富的利用?！毙录夹g(shù)的過人之處一些研究者正在運(yùn)用基因改造改善傳統(tǒng)的培育技術(shù)。阿巴拉契亞水果研究站的植物學(xué)家拉

14、爾夫司考 撒( Ralph Scorza )領(lǐng)導(dǎo)的小組對(duì)李樹進(jìn)行了基因改造。改造過的樹種只能在溫室中存活，不過由于插入 了一種白楊樹的基因，這些李樹比傳統(tǒng)種植品種的花期提前了許多，并且能接連不斷的開花。這意味著研 究人員能全年不斷的對(duì)樹苗進(jìn)行挑選、雜交和其他傳統(tǒng)技術(shù)的改造培育，在過去這一過程可能需要數(shù)十年 甚至更長(zhǎng)的時(shí)間才能完成。當(dāng)該品種具有了期望的性狀后，促使其持續(xù)開花的基因可以被移走，最后得到 的就是一個(gè)被修改過的非轉(zhuǎn)基因植物。司考撒和他的同事們正在使用這種被稱為“快速成功之路”的培育 策略使李樹對(duì)李痘病毒具有抵抗力，并增加果實(shí)的糖分。還有其他地方的研究者們正用該方法對(duì)柑橘進(jìn)行 研究。美國的監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)建議對(duì)這類不帶有其他物種DNA的改造品種同傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因生物體進(jìn)行區(qū)別對(duì)待。這也許能緩解公眾的擔(dān)憂?！拔覀兿Ｍ辽倌芸朔糠謱?duì)轉(zhuǎn)基因的反對(duì)意見。”加州大學(xué)河濱分校的分子 遺傳學(xué)家艾倫麥克休根(Alan McHughe