转基因技术仅仅是精确的育种

2014-10-13 | 作者: Kevin Folta | 标签: 转基因技术

作者:KEVIN M. FOLTA ,翻译:基因农业网(王晓肖,罗晖),原文链接:http://gmoanswers.com/studies/gmo-technology-simply-precision-breeding

我们已经认识植物抗病基因很多,数百个抗病基因已经表现出优良的抗病性状。每吃一份沙拉,我们就会吃掉数千个抗病基因及其产物。这些基因表达的蛋白质能通过多种机制抑制微生物。如果将如苹果树、菠菜或小草的抗病基因转入柑橘果树,那么可以控制绿橘皮病吗?

问题亟需解决

十一年前,当我还是佛罗里达大学教授,我很喜欢从盖恩斯维尔州驱车南下。再往南行进,便会看到真正美景---佛路里达州标志性的水果橘子在茂密的果树林里缀满。连绵的绿叶映衬着万里无云的蓝天,叶子中间闪着耀眼的橘黄。这巨大的规模归功于种植的农民以及将基因遗传学娴熟应用的植物育种家。植物遗传学、果园管理以及神奇的环境结合到一起,从而产生了这绝妙的景色。

如今,我再驱车南下,看到的景色却迥异。许多曾经枝繁叶茂、硕果累累的果园,如今都已仅剩灰色的植物遗骸。光秃秃的枝丫在未被打理的杂草上面伸展着,扼杀着偶尔剩下的几片泛黄叶子和小小的绿色果子。这场灾难并没有完全击垮整个佛罗里达。其他的一些果园生产力仍然很高,但需要强化管理和高成本经营。尽管这样,这些果园里的叶子仍然明显变黄了,橘子也很容易掉到地上废弃掉。佛罗里达州称这种疾病为“黄龙病”,也叫做绿橘皮病。这种疾病是植物重要的维管束处细菌引起的系列症状,它阻断了营养物质输送,减少了根群,使得营养物质无法到达目标组织。果树在感染上细菌几年后才能看出病症,它们还会不知不觉地传播病菌。这种疾病通过一种叫做亚洲柑橘木虱的昆虫传染出去,该昆虫有尖锐的口器,当它在某棵树上沾上了细菌,就会通过口器传播到另一棵树上。截至写这篇文章的时候,据估计佛罗里达州已有70%的柑橘树被感染。这种疾病还出现在了加利福尼亚州、德克萨斯州和巴西,以及世界上许多其他的地方。因其潜伏期很长,一小块感染地区只是更大范围灾难的可怕征兆。为了与这些问题作斗争,植物育种家们已经开始行动。现在他们正在全世界寻找抗性植株,该植株或者含有一种会使柑橘植株对木虱免疫的基因 ,一种可以抑制该细菌的基因,或者含有即使感染后仍能很好存活的基因。如果找到了,这种基因就会被植入优良的柑橘品种中,使其具有抗性,即使不能结束疾病,也能减缓其蔓延。但即使今天就找到了该基因,也得花上几年时间才能将其培育到现有植株里,因为每一代柑橘植株被种到地里之后都要几年才会开花。为了获得既保证植株的高产又能抵御绿橘皮病的优良基因组合,我们还需数十年的时间。提供健康可口产品的水果业不能等那么长时间。

解决方案是存在的

我们已经认识植物抗病基因很多,数百个抗病基因已经表现出优良的抗病性状。每吃一份沙拉,我们就会吃掉数千个抗病基因及其产物。这些基因表达的蛋白质能通过多种机制抑制微生物。如果将如苹果树、菠菜或小草的抗病基因转入柑橘果树,那么可以控制绿橘皮病吗?要通过传统育种来实现不同物种间性状转移是不可能的,因为西柚树和香蕉杂交跟老鼠跟大象杂交一样困难。

但如果有早已自然出现在我们吃过的植物食品中的基因,可以植入到柑橘树中,使其对黄龙病免疫,或至少对黄龙病有抗性的话呢?这是可以成功的,也曾经成功过,而且这种植株在黄龙病高发的温室里似乎生长得很好。这个帮助植株存活于黄龙病的基因是从菠菜中截取来然后植入柑橘的,用得是已经存在了几十年的方法---基因重组技术。许多其他的转基因生物(GMO)解决方法都在计划中且很有希望。

这种柑橘在市场上还买不到,但这表明了来自其他品种的基因到另一种生物中是如何解决这样一个重大难题的。植物育种家们数千年来在做的事就是基因的转移,努力把基因序列混排,并把优良的基因排列到同一个遗传背景里。如今你所吃的每一种水果或蔬菜都是被植物育种家基因改造过的,他们让那些不经过人为因素、耗费巨大精力就不可能自然杂交的植物进行杂交。

这一基因混合的过程一直以来在精心推测、细致观察或者可能某些遗传诀窍指导下完成,但是这个过程有很大随机性,结果充满未知。如果按照该基因所具有的特质,育种家们明白他们要移动的是目标基因。但是,在转移过程中是否携带了消极的基因或者丢失了优良的基因就不那么容易看出来了。

一些植物育种家用化学药品和辐射来破坏DNA,诱导基因发生改变。这些手段以及许多其它非常随机、骇人的和非自然的手段,便是我们许多食物的基础,且其安全性从未被质疑过。转基因技术仅仅是另外一种产生基因变异的方法,基于此产生出许多有用的性状。但如果研究者移动的是一个已充分了解的基因,而非一个充满数千个未知的基因组的话,会怎么样呢?如果一个基因可以被移到一个优良品种中而不会丢失其有利性状,只是得到目标性状呢?这就是转基因植物产生的过程,转基因植物也被认为是一种基因改造生物。

基因改造生物实在是一个误解,因为相对于传统育种中作物所经受的大量的基因重组,基因改造作物几乎没有经受过基因改造。制作一种转基因植物要将单个已经被充分了解的基因移到一种新的植物中,随之给植物带来优良性状。例如对柑橘来说,这个基因有可能就是那个可以使植株对黄龙病免疫或不表现症状的基因。最近案例表明了转基因技术可产生更加健康的产品。在大米中引入一对可以使大米产生β-胡萝卜素的基因,β-胡萝卜素是一种胡萝卜中的橙黄色色素。食用后β-胡萝卜素会转化成维他命A,可能减缓因为缺乏维他命A而导致的疾病或失明。这项技术仍在完善中,在正式投入使用前,正在高产水稻品种上做试验。这种水稻会免税赠予小农户。另一种可能的技术是使用马铃薯自身的基因序列来切断与块茎中天冬酰胺(一种氨基酸)的产生相关的基因。马铃薯在高温烹饪的时候会与天冬酰胺发生自然化学反应,产生少量但却很重要的丙烯酰胺。丙烯酰胺有毒,所以减少马铃薯中天冬酰胺的含量可以使马铃薯更健康。

这两个案例并非科幻小说,它们都是设计出来含有某种重要性状的理想产品。许多其他的品种正在被研制中,它们将会给消费者、农民、贫困的人或者环境带来益处。人们早已意识到这些收益。在17年的培育中,转基因作物保障了农民的产量,且带来了极大的环境效益。农民们无疑是感激这些种子的,因其性状,使得玉米、菜籽、大豆以及棉花这样的农作物种植能够盈利。这些作物中有一种性状可以让田地使用温和的除草剂(草甘膦)。其他作物则含有一种基因,这种基因可以产生一种只对特定昆虫的幼虫有毒的蛋白质,这样一来,即使不用杀虫喷剂,也可以抑制对农作物的损害。这些基因及其产物已经被研究了数十载,可以说是植物生物学中了解最充分的基因和基因作物了。

然而,这些植物通常都会给农民以及环境带来利益,因为农民可以用更少投入(更少的燃料、劳力和化学农药)、更少的土地干扰和更少的广谱杀虫剂使用量来获得更理想的产量。转基因技术是有效的,这正是农民用它的原因。转基因玉米、大豆、棉花以及油菜的种植面积已达其总面积的近百分之九十。当然,任何技术都是有局限的。抗除草剂作物的广泛使用为抗除草剂杂草在田地里的繁荣开启了机会之门,因为其竞争者都被除草剂杀死了。这一番选择下来使得幸存下来的杂草品种有机会再次大肆侵占田地,这就需要新的技术来防范。解决这种进化激烈竞赛的方法正在研制中。在任何情况下,利益和风险都是并存的,抗除草剂杂草的出现无疑是转基因技术的局限。然而在17年的精耕细作中,这些作物带来的利益远比风险多得多---它们使农民一直盈利,使成本更低,而且还为燃料和纤维提供了可再生资源。由这些作物制作而来的食物出现在70%的食物杂货店里,而且自从二十年前它们的产品上市以来,还未出现过一个由这些植物产品导致的疾病、过敏或死亡案例。在上市前,它们必须经过严格的安全审查,使它们比常规育种产品更安全。

制造风险,制造恐惧

历史表明无论何时,一旦革命性的科学观念或新技术产生,总会有一些质疑。在某种程度上可以理解。从地球是宇宙的中心,到航海探险家沿着地球的边缘航行,到咖啡,再到加热杀菌法,免疫法和体外受精---几乎每一项重大的科学进步都会招致一系列的诋毁者及其异议。那些反对的人试图用基于只有少数人持有的信念来反驳认真收集的科学依据。然而,科学却往往能迅速地发现并强化事实的真相。在所有的这些案例中(以及数百个其他的案例中),与事实不符的观念都很难与自然科学相抗衡。所以,如果你没有支持你观点的证据,又怎么能影响别人的情感和想法呢?你这是在让科学技术处于疑惑中。

对于一些人而言,制造认知风险已经成为了一种有利可图的专职工作。动物通常都不喜欢风险。规避风险是与生俱来的天性,以确保基因的延续,因为通常倾向于谨慎会使得我们的祖先生存机会更大,更容易对配偶产生兴趣,最终增大繁殖机会。至今,人类仍然保持着对风险的反感,而这些反对转基因技术的人就是利用了这一天性。

用基于食物的技术来恐吓人们是很容易掌控的。食物有很深的文化含义:我们有很多食物,因此我们有很多选择。然后,问题就复杂了;我们不尊重科学教育,而且这些观念听起来枯燥又陌生。这加在一起就是一场完美的操纵恐惧、增加风险认知的风暴,以此来达到政治或利益的目的。这就是关于农业生物技术的讨论情形。农业生物技术并不新鲜;它已经发展了超过30年的时间,并且已经成功向着好的方向发展了近二十年。转基因作物位于世界上经检验的作物最优之列,而且下了很大功夫来了解它们的基因和性状。

农业生物技术迅速被农民采纳,且无疑在节省时间、劳力、燃料以及减少对环境的影响(比如减少了杀虫剂的使用)方面有重大影响。当然,像抗除草剂杂草问题仍是不可忽视的,但是风险与利益的天平明显偏向于收益。毫无疑问,这些技术安全有效。它们在如何帮助农民、消费者、贫困者以及环境进步方面有巨大的潜能。最主要的障碍来自反科学的观念以及反对转基因积极分子的影响,它们制造的恐惧影响了公众的认知。我们想要谁来决定关于食品卫生、食品安全以及食品技术的科学的公共政策?目前则是一个反科学的边缘激进分子在不停地咆哮。这个形势正在改变。当科学被政治议程和经济利益所扭曲,一贯掌控科学的话语权的公共骨干科学家开始意识到那些完全不懂科学的人正试图夺权。农民也意识到有少数人试图决定他们可以种哪些种子以及他们可以从谁那里买到种子。在互联网上,科学家的成就和名誉被人们误认为和那些自封的“专家”的叫嚣一个样。

因此,让科学、证据和道理在大众中普及并影响公共政策是很重要的。柑橘产业需要一个解决方法。一棵树需要几年生长几年才能生产。移自另一种植物的基因也许是一种解决方法。它可以挽救一个产业,消费者能源源不断地得到新鲜健康的柑橘和果汁。其中一大障碍便是对消费者会质疑产品的担心,或至更糟的是,他们会因为错误的信息而抵制并且埋掉这些产品。令人担忧的是,科学家们找到了可行的解决办法,却因为人为制造的恐惧而放缓这一方案的进度。在我们生活的这个星球上,每天都有十亿人在饥饿中醒来,一种营养物质的缺失便带来生与死的差别,我们需要更高产的且对环境更友好的作物。主要产业需要快速的解决方法。转基因生物技术所做的事其实仅仅是植物育种一直在做的事而已,那就是将一种生物的基因移到另一种生物中。它只是在数月或数年里整合基因,而不是要花数十年。我们要用所有的工具来解决当前的农业挑战,而通过生物技术的精确育种将是解决办法的一部分。


佛罗里达植物产业部门的一名检察员从葡萄柚树上拍下亚洲柑橘木虱(一种产生细菌导致黄龙病的昆虫)。

作者简介
Kevin Folta是盖恩斯维尔市佛罗里达大学园艺系教授,主任。1998年,他获得芝加哥伊利诺伊大学分子生物学博士学位,在佛罗里达大学安顿下来之前,他在威斯康星大学工作过。Folta博士研究小水果作物功能基因组学、植物的转化和风味的遗传基础,还研究光形态发生作用和开花。他还出版过许多作品,并且编著过书籍,最近的就是2011的《遗传学》、《基因组学》和《浆果育种》。Folta获得过美国科学基因会的成就奖,一次霍华德•休斯医学研究所的辅导奖,2010年,被公认为是“佛罗里达大学基础研究教授”。

来源:gmoanswers.com

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