转基因领域的新型培育技术

1、转基因领域的新型培育技术胡昭阳/编译新一代转基因玉米正在准备着进入市场，它们也许能缓解人们对于“恐怖的怪物食品”的忧虑。安娜斯塔西亚博德纳(Anastasia Bodnar)回忆起第一代转基因生物体刚被研发出来时的情形，“那 时大家觉得它们是喷气背包那样的科幻发明一一未来式的、最有营养的作物。外国的食品将岀现在超市货 架上，还能缓解世界饥饿问题。”然而今天，她说，转基因技术的大部分优点已经在农业生产中广泛采用。转基因作物可以抵抗除草化 学物或抵抗病虫害。这些特性使得种植者得以提高产量，减少杀虫剂的使用。在最理想的情况下，普通消费者们几乎不会注意到这些优点，博德纳说。她现在是威斯康辛州米德尔 顿

2、一家非营利性转基因生物倡议组织的生物技术专家。在最坏的情况下，它们会激起转基因技术反对者的 怒火，这些人声称转基因技术使得权力和利润集中在少数大公司手中，并且它们也是科学家们对自然不顾 危险任意妄为的最佳例证。但是现在，新一代的转基因作物有可能改变这一状况，目前它们正在努力走岀实验室，走向市场。这 些作物的出现将能解决一些新的问题，如不容易变色的苹果，还有强化了营养含量、能够改善贫困国家人 口饮食的橙色香蕉。还有一些新一代的转基因作物，是运用了先进的转基因技术培育岀来的，它可以直接精确编辑该品种 自身的基因。这种技术手段可以降低使用别的品种的基因来改变另一种农产品基因的数量一一这也是转基 因技

3、术最被人诟病的一点。因此，这项技术也有望减少公众对转基因食品的不安。事情也有可能不会发展的这么顺利。不管这些作物在实验室里表现岀了多少优良品质，它们还是需要 在辛苦、昂贵、细致的田野实验中切实展示自己的优点，经受重重监管考验，在持有疑虑的公众面前证明 自己。上述过程中的最后一个环节并不容易，西雅图的华盛顿大学研究新技术的政治和社会问题的菲利 普白瑞诺(Philip Bereano )指出，对于转基因生物体的争议范畴广泛，从对安全和产品标识的担忧到 对生命专利权的伦理问题。“人们会担心他们用什么喂养自己的孩子，”他说，“这永远不会改变。”然而，大多数转基因生物体研究者们似乎认定最糟糕的技术问题都

4、已经是过去式了，未来是光明的。 如果你在寻找转基因生物体的喷气背囊时代，博德纳说，“现在已经开始。”第一波转基因作物主要销给了农民们，这代产品的卖点是能减轻农民的工作负担，提高产量和利润。 例如1996年生物科技公司孟山都在首次推出他们的畅销产品“抗农达”时是这样介绍的：这是一种转入 了一个细菌基因的大豆，它可以抵抗孟山都公司制造的草甘膦除草剂“农达”。这样，种植者不需要使用 多种除草剂，只用一种就可以杀灭绝大多数杂草，还不会破坏农作物。其他的转基因作物很快随之面世， 包括孟山都的转BT基因棉，该棉花品种的基因经过改造，能产生一种对害虫有毒的细菌，可以抵抗病虫 害，并减少杀虫剂的用量。农民们仍

5、将是新一代转基因生物体的核心市场。在英国的洛桑研究所，科学家们在研发比转BT基因棉效果更好的转基因植物，它们只需更少的杀虫剂，甚至有可能完全不需要杀虫剂的帮助。这其中的关键 是一种“报警信息素”，这是一种在一些野生植物中进化岀的，模仿蚜虫释放岀的化学警报信号的物质。 将这种防御物质的基因转入小麦，就能培养岀能够欺骗害虫，让它们以为会有危险从而达到驱虫效果的作 物。同转BT基因棉和其他现有的转基因生物体不同，这种作物抵御害虫的机制并不需要能杀虫的化学成 分。据洛桑中心董事兼行政长官莫里斯莫洛尼(Maurice Moloney )介绍，该研究的田野实验正在进行中。“温室中的实验非常成功，”他说，“

6、如果在田地中也能成功，我们就能继续优化它使之成为(能大规模实现的)稳定特质。”在此基础上，莫洛尼说，研究团队希望能够扩大其努力，寻找更多作物中自然进 化出的防御物质和阻碍剂，看看能否对它们进行优化或修改，使之能够针对性地抵御某些害虫。“例如， 你也许会找到某种化学挥发物质能威慑毛毛虫、螟虫等等，”莫洛尼说，“如果我们的研究获得成功，其 应用范围将是惊人的。”关注用户需求许多转基因生物体的研究者们正在推动对一些大农业公司易忽视的作物的研究。例如，在苏黎世的瑞 士联邦技术研究所的植物生物技术组，赫夫凡德舒伦( Herve Vanderschuren )领导的小组正在研究木 薯，这是一种有块茎的热带

7、灌木，是一些发展中国家的主粮。研究将从一种能天然抵抗花叶病毒的木薯品种入手，对其插入能抵抗木薯褐条病毒的基因。自然的耐 药菌株是为当地种植需要和市场量身打造的。这种对局部产地的适应性是我们的研究工作非常重要的部 分，凡德舒伦说，也是将销售目标定位在全球范围的大型农业商业公司所不屑一顾的。凡德舒伦及其研究 小组已经成功开发岀这种抗病毒木薯，正同非洲同行合作，安排检测，确认它能在当地种植生长。对发展中国家农作物的研究工作大多集中在加强营养这个方面。其中最著名的例子当属“黄金大 米”，这是对全球超过半数人口的主食一一大米的转基因改造。这种大米由于添加了3-胡萝卜素呈现岀明显的黄色，能为许多中东国家提

8、供当地饮食中缺乏的维他命A。第一代“黄金大米”在 2000年就已问世，在经历了艰苦的研究和来自转基因有机生物体反对者的批评后，它们现在正在菲律宾进行田野实验。 等清除了最后的监管障碍，它们将在2014年开始正式种植。另一些作物紧随其后。例如，澳大利亚昆士兰技术大学热带作物和生物产品中心主任詹姆斯戴尔(James Dale)正在研发一种香蕉，它不仅能抵抗香蕉杀手“巴拿马病”，同时也富含更多的3 -胡萝卜素和铁等多种营养元素。戴尔解释说，乌干达和非洲许多国家微量元素缺乏的情况非常严重，而香蕉是那里 的主食之一。其研究在澳大利亚已经进行了田野实验。尽管大多数新一代转基因生物体的目标受众是农民，也有一

9、些研究开始将重点转向了农业产业链中的 下一个步骤：食品加工业。克里斯达迪克(Chris Dardick )是美国农业研究局在西弗吉尼亚州阿巴拉契亚水果研究站的一位分子植物生物学家。据他介绍，对李子进行食品加工原本相当困难，因为在去除它们 坚硬的木质果核的过程中常常会留下碎渣。但是当达迪克和他的研究团队开始研究一种几乎无核且易培育 的李子基因后，其团队已经进入了这种无核水果研究工程的早期阶段。“我们最关心的是产业界和消费者 们能否接受这种产品，目前为止我们得到的反馈都很乐观。”他说。现在还有一些转基因有机物，它们是被设计出来直接面向终端消费者的。“北极苹果”在这类产品中 出现较早，它的果肉在被切

10、开和咬过之后不会迅速变暗。不会变色的原因是“北极苹果”在其他苹果品种 中插入了一种基因，使其减少了多酚氧化酶的产生，正是这种酶会在一系列生化反应中导致苹果果肉褐 变。“我太太和我自己就是苹果种植者。由于苹果销量下降，我们开始了担心。”加拿大那根特色水果公司总裁、"北极苹果"的发明者尼尔卡特尔(Neal Carter )说。卡特尔告诉记者，苹果在超市中的地盘正逐渐被胡萝卜和其他卫生、切好即食的袋装新鲜果蔬蚕食。发明出一种也能进行类似的加工，不会褐变 的苹果，将是苹果产业的大福利。不仅如此，如果这种苹果的市场反馈良好，卡特尔说，他们还将研制“北极牛油果”、“北极梨”，甚至“北极

11、莴苣”。技术进步动向当前的大多数基因修改工作采用的技术还相对简单粗糙。如“基因枪”，是把包裹了从其他有机体中提取的DNA的金粉毫微颗粒直接送入宿主植物的靶细胞，DNA将随机分布在宿主基因组内。但是新的技术设备在编辑基因时已能非常精准。以转录激活因子为例，它类似于效应器核酸酶(TALENs)和锌指核糖核酸酶(ZFNs)，可以根据实验人员的需求切断指定位置的DNA通过控制断面的修复过程，可以在精确的位置上引入突变、单个核酸或整个基因的变化，丹方塔斯(Dan Voytas )说，他在明尼苏达大学的工作中使用的就是这项技术，“我们可以进行非常精确的插入，因此我们能确认外来基因会留在染色体的什么位 置。

12、”这使得研究者们可以在基因组内选择最利于新基因表现的位置进行放置，还能减少其对植物基因组 不利干扰的风险。方塔斯团队的研究显示，通过锌指核糖核酸酶对烟草基因组进行改编可以使其抵抗除草 剂的侵害。还有小组通过相同的方法对玉米成功地进行了改造。此外有研究人员使用效应器核酸酶剔除了 水稻中易患白叶枯病的基因。不过方塔斯说，这种技术“真正的威力”在于能通过修改植物自身的基因使其具有新的性状。例如， 研究者们不需要像以前一样，从耐旱细菌中提取基因，与某种植物结合使其产生抗旱性，他们只需调整该 植物自身的多个基因，就能达到相同的目的。“说真的，这项技术下一阶段的发展就是到基因内部去，直 接改造它们！”方塔

13、斯说。德里克占茨(Derek Jantz )是北卡罗来纳州一家名为"精密生物科学”的生物科技公司的创始人之 一，他也对直接修改植物自身基因的技术感到兴奋。例如，所有的植物都带有与孟山都的抗农达植物中细 菌EPSPS基因同源的基因。因此，理论上说并不需要引入外部基因，直接编辑植物自己的基因就能达到抵 抗除草剂的效果。和基因改造工业中的其他研究者一样，出于商业上的保密性，占茨拒绝讨论具体的研究项目。但是笼 统的说，他告诉记者，“我们正在做的工作，是对现在已获得的功能基因组学数据这一财富的利用。”新技术的过人之处一些研究者正在运用基因改造改善传统的培育技术。阿巴拉契亚水果研究站的植物学家拉

14、尔夫司考 撒( Ralph Scorza )领导的小组对李树进行了基因改造。改造过的树种只能在温室中存活，不过由于插入 了一种白杨树的基因，这些李树比传统种植品种的花期提前了许多，并且能接连不断的开花。这意味着研 究人员能全年不断的对树苗进行挑选、杂交和其他传统技术的改造培育，在过去这一过程可能需要数十年 甚至更长的时间才能完成。当该品种具有了期望的性状后，促使其持续开花的基因可以被移走，最后得到 的就是一个被修改过的非转基因植物。司考撒和他的同事们正在使用这种被称为“快速成功之路”的培育 策略使李树对李痘病毒具有抵抗力，并增加果实的糖分。还有其他地方的研究者们正用该方法对柑橘进行 研究。美国的监管机构已经建议对这类不带有其他物种DNA的改造品种同传统转基因生物体进行区别对待。这也许能缓解公众的担忧。“我们希望至少能克服部分对转基因的反对意见。”加州大学河滨分校的分子 遗传学家艾伦麦克休根(Alan McHughe