转基因让作物更“天然”

2014-12-23 | 作者: Brooke Borel | 标签: 转基因让作物更“天然”

有许多作物可以通过遗传修饰的方法恢复在驯化和改良过程中丢失的有益性状,小麦是其中之一。

过去上一万年,尤其是过去几十年中,随着农业技术的进步,植物育种家对作物进行选育以利于耕作。这其中包括选育果实、种子或其他可食用部分产量更高的作物,或是让作物的可食用部分更便于收获。例如,许多作物的野生品种种子成熟后会掉落以增加繁育后代的几率,而育种家对作物进行改良,使得种子成熟后仍然挂在作物植株上,这样农民就可以很方便地进行收集。


然而,选择育种同时也可能导致其他潜在有益性状丢失,比如抵抗虫害或干旱、淹水等不利环境。今天发表在《Trends in Plant Science》期刊的一篇综述文章里,哥本哈根大学的科研人员旨在鉴定控制这些特性的基因;并提出一种“保存观念”——与通常的“驯化”相反,这是一个“野生化”的过程,目的是使作物更“天然”,即通过转基因的方法让现代作物看起来更像它们健壮的祖先。

“现在的作物是为理想环境设计的,我们施肥来增加其营养,并施以杀虫剂、杀真菌剂等等。我们对其精心照料,并施以良好灌溉。” Michael Palmgren说。Palmgren是来自哥本哈根大学的一位植物生物学家,也是上述综述文章的主要作者。“但是我家菜园里的杂草不需要我的任何照料同样长势很好,并能高产。”Palmgren补充道,野化作物的这个想法是为了让作物更加强壮抗逆境,就像其杂草近缘种一样,这样作物就可以少用化肥和杀虫剂。

尽管这种策略需要通过转基因来引入相关基因到作物中,文章认为这种作物与目前市场上的转基因生物(GMO)有两点区别(基于部分消费者将GMO视为“非自然产物”,这种作物以及“野生化”的标签是增加消费者认同感的一种尝试)。首先,引入的基因并非来自差别极大的物种,例如Bt抗虫玉米中来自细菌的抗虫基因(即异源转基因),研究人员建议引入的基因应取自亲缘关系较近的植物,比如将野生近缘种的基因引入现代小麦(即同源转基因)。

其次,目前的遗传修饰技术无法严格控制新基因在作物基因组中的固定位置,科研人员提出了精确的定点突变技术。定点突变技术是一种相对较新的技术,有时也被称作基因组编辑(genome editing)。其中最著名的就是CRISPR/Cas9技术,该技术利用一种专用的酶,用以剪切掉DNA上的特定区域,并可高效、精确地引入新的遗传信息。截至目前,已经有科学家利用该技术在实验室中对果蝇、斑马鱼、酵母、水稻甚至人类细胞中的基因进行了编辑。

理论上,精确的定点突变技术使育种家得以向作物中增加新的遗传信息,而不会连带引入不利基因或丢失有利基因。Palmgren的研究团队正在运用该策略使水稻恢复吸收微量营养素的能力,该课题有望在明年完成。

“更天然”的转基因生物?

同时,该综述还为作物“野生化”构建了哲学、法律以及经济学框架,文章认为,这种作物不应被视为GMO,因为二者在根本上有所不同。Palmgren说:“如果新作物中在特定位点产生已知突变,而该突变的结果是使得植物恢复到驯化之前的状态,这种作物还该被视为GMO吗?”

这些细微差别可能在哲学辩论中更容易,但在现实中,要想让反对GMO的消费者接受经过实验室遗传修饰过的作物,似乎不太可能——即使遗传修饰的结果是使作物恢复其祖先的表型。就连植物专家也不一定认同二者有根本上的差别。“大多数科学家并不认为同源转基因与异源转基因有本质差别,” Kent Bradford说道。Bradford是一位植物科学家,也是加利福尼亚大学戴维斯分校的种子生物技术中心主任。他认为,“二者均没有带来不同于传统育种的特殊风险。”然而,这项策略可以规避美国现有的法规。

还有些人认为植物育种家早先就已经意识到野生品种中存在着有益性状,并且有很多实验室正在积极推进相关研究。华盛顿州立大学植物遗传学家Stephen Jones认为,上述综述“忽略了一个事实,就是运用野生种基因在作物育种中取得的成就至今都是通过传统育种实现的。在小麦中,对野生种基因的发掘利用已经有至少60年的历史了,成效显著并已广泛应用。所以说,以此作为制造GMO的借口难以让人信服。”

Bradford说,虽然有可能从作物的野生近缘种中发掘出有益基因,但是那些基因是否可以使作物在不影响产量的情况下增强抗逆效果,还是未知数。“植物通常通过减缓或暂停生长的方式来应对逆境胁迫,这可能是度过逆境的一个很好的策略,但是从这个角度来说,让作物更加‘保守’往往与获得最大产量的初衷相违背。”

且不论上述综述提出的微妙差别与警告事项,随着CRISPR以及其他新技术使得操作植物基因组愈加容易,该文章至少向科学家、农业产业、农民、政府机构以及消费者提出了未来若干年需要面对的棘手问题。

作者Brooke Borel为科学作者。
翻译:基因农业网(王虹),原文链接:http://www.popsci.com/can-new-gmo-techniques-make-crops-are-more-natural

来源:popsci.com

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