转基因番茄

2014-06-11 | 作者: | 标签: 番茄


图自phys.org

番茄起源于南美洲的厄瓜多尔、秘鲁以及加拉帕戈斯群岛。2004年种植面积大约为440万公顷,在全球广泛种植。随着分子生物学研究的深入,自上世纪80年代末期,科学家开始利用转基因技术,对栽培番茄进行遗传改良,以期提高番茄的品质、抗逆、抗病、抗虫等农艺性状。

从1992年至2003年,欧盟有7个国家已经批准75例转基因番茄的田间试验申请,其中意大利48例,西班牙16例,法国5例。美国在1985年批准了首例转基因番茄的田间试验申请,截至2010年,共批准申请652例。其他国家包括墨西哥、加拿大、日本、澳大利亚、中国、印度、阿根廷、埃及、智利等均已批准了数量不等的田间试验申请。转基因番茄在美国、墨西哥、日本已经进行了商业化种植,并在上述三国以及加拿大获得食品安全证书。其中,1998年,美国转基因番茄种植面积曾经达到20万公顷,但在2002年停止种植。
 
转基因番茄标志性事件:
 
1992年,美国通过calgene公司研发的转基因耐贮藏番茄FLAVR SAVR的环境安全评价。
 
1994年, FLAVR SAVR被批准在美国上市,成为全球首例商业化生产的转基因作物;随后,FLAVR SAVR分别在加拿大(1995年)、墨西哥(1995年)、日本(1997年)通过环境和/或食品安全评价。
 
1996 年,华中农业大学研发的转基因耐贮藏番茄获中国农业部农业生物基因工程安全委员会批准,成为中国首例批准的可商品化生产的农业生物基因工程产品。
 
1998年,美国批准Monsanto公司的转基因抗虫番茄5345的环境安全和食品安全评价;2000年,5345在加拿大获批食用。
 
1998年,中国批准北京大学研发的转基因抗黄瓜花叶病毒番茄PK-TM8805R在福建厦门进行商品化种植。
 
截至目前,已有11个转基因番茄事件获得安全证书,包括美国、中国、墨西哥、日本、加拿大共6个国家批准了转基因番茄的种植和/或食用/饲用。
 
1、研发现状
 
转基因番茄的研发主要涉及到延熟保鲜、抗虫、抗病毒,其中大部分集中在延熟保鲜方面。通过农杆菌介导法,将番茄多聚半乳糖醛酸酶(PG)的反义基因、番茄乙烯合成酶的反义基因、苏云金芽孢杆菌的cry1Ac基因、CMV外壳蛋白(CP)基因等分别导入栽培番茄。
 
转基因耐贮藏番茄
 
番茄果实的保鲜时间短,成熟后迅速软化、腐烂,失去商品价值。为了延长番茄的货架寿命,便于市场流通,科学家自20世纪90年代开始,利用转基因技术进行了耐贮藏番茄的研发。1992年,美国农业部和食品与药物管理局批准了转基因耐贮藏番茄FLAVR SAVR的环境释放,并于1994年发放了食品安全证书,允许用作食品及饲料,这也是全世界被批准上市的第一例转基因作物。
 
作为全球首例获批的转基因作物,FLAVR SAVR是利用现代生物技术改良农作物的典型范例。FLAVR SAVR的研发思路是通过调控番茄多聚半乳糖醛酸酶——一种与果实成熟相关的细胞壁水解酶的活性,延迟番茄软化过程,从而延长其货架寿命,达到耐贮藏、保鲜的目的。
 
中国华中农业大学亦在1990年开始转基因耐贮藏番茄的研发,在1996 年获农业部农业生物基因工程安全委员会批准,成为中国首个批准的可商品化生产的农业生物基因工程产品。与国外公司研发思路相同,该转基因产品也是将乙烯合成酶的反义基因导入到番茄中,控制乙烯的合成,达到延熟的效果。利用该转基因株系选育的耐贮藏杂种一代番茄于1998 年通过了湖北省农作物品种审定委员会审定,定名为华番1号,商品名为百日鲜,成为中国首个农作物基因工程品种。此外,中国科学院微生物研究所也利用农杆菌介导法,在栽培番茄中导入番茄乙烯合成酶反义基因,获得转基因延熟番茄大东9号。2000年,大东9号获批在北京商品化生产,有效期2000年-2004年。
 
转基因抗虫番茄
 
棉铃虫、棉红铃虫、烟青虫均属于鳞翅目害虫,长期以来,对番茄的产量、品质造成了严重影响。针对危害番茄的鳞翅目害虫,Monsanto公司研发成功了转基因抗虫番茄5345,并于1998年在美国获得了的环境安全与食品安全证书。转基因番茄5345的研发旨在提高农作物的抗虫性,减少化学农药的使用,达到高产、节约、绿色环保的效果。
 
转基因抗虫番茄5345是通过农杆菌介导法向番茄栽培品种UC82B中导入杀虫Bt蛋白——Cry1Ac而培育成功的,同样也是应用DNA重组技术改良农作物的一个成功案例。苏云金芽孢杆菌株系HD73的cry1Ac基因编码蛋白Cry1Ac,能够选择性的与某些鳞翅目昆虫的刷状中肠上皮细胞的特异位点结合,形成特殊的离子孔道,干扰昆虫中肠的离子流,从而导致昆虫肠道麻痹,最终因细菌性脓毒症而死亡。但研究表明,在哺乳动物的肠细胞表面并不存在类似靶标昆虫的受体,因此人类、家畜对Cry1Ac蛋白并不敏感,为该类蛋白的广泛应用提供了理论基础。当Cry1Ac作为内毒素在转基因番茄5345中表达时,高度的选择性杀伤鳞翅目害虫,从而表现出特异的抗虫性状。
 
转基因抗病毒番茄
 
PK-TM8805R由北京大学研发,通过农杆菌介导法导入黄瓜花叶病毒外壳蛋白基因培育而成。1998年,PK-TM8805R获批在福建厦门进行商品化种植,有效期为1999年-2004年。
 
2、商业化应用与安全评价
 
由于各种社会力量、宗教势力、政治博弈以及转基因番茄本身商业开发价值的影响,目前转基因番茄的商业化处于低谷状态。由于商业原因,美国已于2002年停止种植转基因番茄,而欧盟一直没有批准转基因番茄的种植以及食/饲用。
 
转基因番茄在商业化种植前,首先从环境安全性和食品安全性两个方面进行严格的安全评价。以全球首例商品化转基因番茄——FLAVR SAVR为例,从1988年开始至1992年,FLAVR SAVR在美国进行了5年的田间试验。结果表明,FLAVR SAVR的农艺性状与当前商品化种植的非转基因番茄品种相比,没有任何显著差别,同时没有发现其杂草化的趋向以及任何对环境中非靶标生物的不利影响。在自然界中,番茄是严格的自花授粉植物,杂交几率非常低。
 
田间试验表明,表达反向PG基因没有改变番茄的自然形态特征、生理指标,并影响其自花授粉的特性;FLAVR SAVR与非转基因番茄间在抗虫、抗病这两方面也没有显著差异。这些数据表明,FLAVR SAVR并没有由于转基因而获得新的表型特征扩展其目前的地理分布,因此可以排除FLAVR SAVR因自身获得某种生长优势而演化为杂草或者增加其他植物演变为杂草的可能。在试验中,同时分析了FLAVR SAVR田间的生物种群包括农业有害生物及有益生物,没有发现任何不利或有利的影响。
 
转基因耐贮藏番茄的研发思路是通过表达的反向基因,干扰番茄某一相关基因的正常表达,达到保鲜的目的。同样以FLAVR SAVR为例,由于导入的反向PG基因并不编码任何多肽产物,只是抑制内源PG活性,因此并不涉及毒性的问题。与转基因受体番茄的PG活性相比,FLAVR SAVR果实中PG活性不足其1%,而降低PG表达对番茄毒性或过敏性没有任何潜在的影响。

 
资料来源:
 
农业部农业转基因生物安全管理办公室等,《转基因30年实践》,中国农业科学技术出版社,2012
 

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