英国用转基因亚麻生产ω-3鱼油

2015-07-30 | 作者: 周彬彬 | 标签: ω-3鱼油

富含欧米伽-3不饱和脂肪酸(ω-3)的鱼油越来越受到人们的热捧,但受产量限制,ω-3鱼油的价格一直居高不下。试想如果可以通过种植油料作物,像生产植物油那样生产ω-3鱼油,那将大大提高鱼油的产量和降低鱼油的成本,从而更好满足人类的日常生活需要。

最近,英国洛桑研究所(Rothamsted Research,UK)的科学家们在《代谢工程通讯》(Metabolic Engineering Communications)杂志上发表了他们最新的研究成果:他们通过一年的田间试验发现,通过利用转基因亚麻油料作物荠蓝(Camelina sativa)可以在田间生产欧米伽-3 鱼油,并且这种转基因油料作物在生长发育等各方面与非转基因作物并没有任何区别(图一:能够合成鱼油的转基因亚麻种子)。

图一:能够合成鱼油的转基因亚麻种子

ω-3鱼油是一种特别的长链多不饱和脂肪酸,其中包括我们日常所熟知的EPA(二十碳五烯酸)和DHA(二十二碳六烯酸)多不饱和脂肪酸,同时它们也是被各个医学团体公认的对人体有益的膳食成份。EPA和DHA可以降低心血管疾病以及相关代谢疾病的风险。如今,人体获得EPA和DHA的主要途径是通过食用野生以及人工养殖的海洋鱼类。尽管某些类型的ω-3多不饱和脂肪酸还可以从一些植物种子中得到,例如亚麻籽油、菜籽油、豆油中都含有一定量的多不饱和脂肪酸α-亚麻酸(α-Linolenic acid, ALA),但尽管同为长链多不饱和脂肪酸,ALA有个明显的缺点:它不能直接被人体吸收利用。当ALA被人体摄入后,还要在人体中经过一系列的生物化学反应,才能将其转化成可被人体直接吸收利用的EPA和DHA,并且这种转化效率很低,通常不到10%。因此来自海洋鱼类的EPA和DHA是仅有的可被人体直接高效吸收利用的ω-3长链多不饱和脂肪酸。

那么海洋鱼类是如何合成ω-3不饱和脂肪酸的呢?野生的海洋鱼类可以通过捕食其它海洋生物(海藻)来积累ω-3鱼油,而人工喂养的海洋鱼类则可以通过投喂鱼粉或者其它含有鱼油的饲料来积累ω-3鱼油(图二:转基因亚麻作物是如何生鱼油)。
图二:转基因亚麻作物是如何生鱼油

现如今,全球超过一半的水产品消费来自于人工的水产养殖。越来越越多人选择消费ω-3鱼油,但海洋渔业可持续发展需要以及环境污染的限制,鱼油的产量逐渐不能满足消费的需要。因此我们需要寻找其它生产ω-3鱼油的途径。洛桑研究所的最新研究为寻找新的鱼油来源提供了一种可能。他们的研究结果显示:通过转基因的方式改造油料作物荠蓝,可以使这种油料作物在它的种子里合成这种有利于人体健康的ω-3鱼油。这就为在陆地上可持续生产ω-3鱼油提供了可能,从而可以最终缓解来自海洋的压力。

由英国政府支持的“生物技术与生物科学研究理事会(BBSRC)”资助了该项目的研究工作。这种转基因亚麻作物的开发者之一,洛桑研究所高级研究员,Olga Sayanova博士认为第一年田间试验结果非常可喜。

最初,他们在一种能够进行光合作用的海洋微生物(海藻)中发现了7个可以用于合成ω-3鱼油的基因。有人可能会想,既然海藻可以直接合成EPA和DHA,为什么我们不人工养殖海藻,并直接从海藻中提取EPA和DHA呢?这种想法或许可以实现,但是以现在的技术而言,即便可以成功从海藻中成功提取EPA和DHA,那么提取的工序将非常的复杂,最终将导致鱼油的成本也会很高。所以现阶段也没有人采用这种方式从海藻中提取EPA和DHA。但是我们可以采用别的方式让海藻帮我们生产EPA和DHA。经过多年的研究,他们最终将这7个合成EPA和DHA的基因转入了亚麻油料作物中。

尽管先前的温室试验已经表明这种转基因作物具有生产ω-3鱼油的特性,但是仍然需要通过规模化的田间试验来进一步证明这种可以高效合成ω-3鱼油的特性对作物本身的生长和产量没有任何不良影响。他们通过一年的田间种植和监测发现:这种转基因的亚麻作物相对于非转基因亚麻作物而言,转基因亚麻在萌发,生长,开花,结果以及种子的大小,上没有任何表型上的差异。

项目主持人、洛桑研究所的Johnathan Napier教授认为他们开发的这种具有合成ω-3鱼油的转基因作物应该是迄今为止最为复杂的一种基因工程植物。因为现有的已经经过田间试验的转基因作物大多是转入了某个抗病,抗虫,抗旱的基因,而这种能够合成ω-3鱼油的转基因作物里总共被转入了7个相关基因。

Napier教授认为这是一个里程碑式的时刻,它为开发富含鱼油的鱼饲料提供了一种真正的可持续发展道路。因为在起始阶段这种富含ω-3鱼油的亚麻籽油不会直接卖给消费者,而是会将这种富含ω-3的亚麻提取物作为饲料添加剂来喂养鲑鱼等养殖鱼类。或许首先将这种转基因ω-3鱼油作物饲料添加剂会更容易更快捷的通过欧盟的转基因审核。此外,很多种鱼和其它脊椎动物一样,自身并不能将合成ω-3鱼油所需的短前体物有效地转化成ω-3多不饱和脂肪酸。然而,如果将这种能够富含ω-3鱼油的植物种子提取物作为鱼饲料去喂养人工养殖的鱼类,就可以帮助这些鱼从饲料中快速的积累ω-3鱼油,最终满足人类对ω-3鱼油的需求。

洛桑研究所的科学家们今年将继续在它们的试验农场中对这种转基因亚麻作物进行进一步的田间试验。这种田间试验很可能会持续到2017年。在今年的田间实验中,他们将种植两种不同的转基因亚麻作物品种,并同时种植非转基因亚麻作物用于对照试验。其中一种转基因品种与这篇文中描述品种一样,具备同时合成EPA和DHA两种ω-3鱼油的能力,而另一种转基因亚麻作物品种只能合成EPA而不能合成DHA。随后科学家将会对这两种转基因品种进行比较,同时也会将这两种转基因品种与他们同时种植的非转基因品种进行比较,最终会分析他们之间在生长发育,开花结果以及种子大小等各方面表型有没有什么差异。为了确保试验不会干扰,这块用于田间试验的试验田的四周都围着高2.4米的铁丝网,以便于避免无关人士的进入,同时也可以防止兔子等哺乳动物啃食转基因植物。当转基因作物开始开花时,试验田的上方也将覆盖防鸟网,免得麻雀之类的小鸟吃转基因亚麻种子。

除了洛桑研究所以外,美国的孟山都公司也正在开发可以合成其他种不同ω-3鱼油的大豆。但是Napier教授说他们研发的这种通过亚麻合成的ω-3鱼油比孟山都公司研发的通过大豆合成的ω-3鱼油更接近真实的鱼油。可以预见,在不久的将来,这项研究不仅能产生广泛的社会效益,而且还对人类健康有益,同时还可以推动和保护渔业和海洋环境的可持续发展。

参考文献:
The first GM oilseed crop to produce omega-3 fish oils in the field, Food security news. 2015, http://www.bbsrc.ac.uk/news/food-security/2015/150708-pr-first-gm-oilseed-crop-omega-3-fish-oils-field/
An extensive Q&A on Rothamsted Research’s GM Camelina project. 2015,
http://www.rothamsted.ac.uk/camelina/questions-and-answers
Field trial evaluation of the accumulation of omega-3 long chain polyunsaturated fatty acids in transgenic Camelina sativa: Making fish oil substitutes in plants. 2015,
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221403011500005X
UK trial shows fish oil could be grown in fields. 2015,
http://www.ft.com/cms/s/0/e3bf2ac8-248b-11e5-bd83-71cb60e8f08c.html#axzz3fN43Z9i3
New GM cereal crop produces fish oil in its seeds. 2015,
http://www.independent.co.uk/news/science/new-gm-cereal-crop-produces-fish-oil-in-its-seeds-10372772.html?origin=internalSearch

作者周彬彬为爱尔兰都柏林大学博士后,专业方向:麦类作物抗病育种。

来源:基因农业网

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