转基因木瓜,对病毒说“不”

2017-03-23 | 作者: 王琪 银圆圆 周天盟 马伟华 | 标签: 转基因木瓜



木瓜原产于南美洲,17世纪传入我国。在我国主要分布于广东、海南、广西、云南、福建、台湾等省(区),国外主要分布于东南亚的马来西亚、菲律宾、泰国、越南、缅甸、印度尼西亚以及印度和斯里兰卡;中、南美洲,西印度群岛,美国的佛罗里达,夏威夷,古巴以及澳洲。

木瓜对人体有众多好处,但由于木瓜生长时容易受到病毒的侵害,产量受到很大的影响。1948年,木瓜环斑病毒(PRSV)在美国夏威夷被发现,PRSV来势凶猛,传播迅速,可以说只要有种植番木瓜的地区,就会存在PRSV。被PRSV感染的木瓜叶片褪绿、畸形、变小,果实含糖量低、风味差,严重时会导致导致木瓜减产八九成。

之后包括我国南方多个省份在内的木瓜种植地也成为感染PRSV的重灾区。但PRSV侵害的范围广、源头难以追溯,在应对上存在很大的困难。

在传统育种背景下,多采取选育抗病新品种,结合栽培技术进行综合防治的措施,但成效不佳。因为木瓜栽培品种中缺乏抗性资源,而野生木瓜中的抗性资源,很难通过常规的杂交方法转移到木瓜栽培品种中。

上世纪20年代末,人们发现了一种有效防治植物病毒病的方法,即通过对植物接种弱毒株病毒使植物能抵抗强毒株病毒,这就像人类注射疫苗以预防疾病。这种方法在植物界被称为“交叉保护”。“交叉保护”曾经在美国佛罗里达、夏威夷等地区的木瓜育种中得到很好的推广应用。但是经过试验发现,在应用交叉保护过程中弱毒株有突变为强毒株的可能性,而对所有的植株逐一接种也是一项工程量巨大的事情。在这种情形下,科学家们需要一个更加有效,也更加经济、便捷的木瓜抗病毒防治措施。

1986年,科学家们发现把烟草花叶病毒的外壳蛋白基因转入烟草,可以得到交叉保护相似的效果,使烟草摆脱了病毒的侵袭,成功获得了世界上第一例抗病毒转基因植物,这给研究抗病毒木瓜品种的科学家们带来了新的思路。经过科学家们的努力,抗PRSV的转基因木瓜诞生了。

那么,转基因木瓜到底如何操作的呢?不同地区的PRSV株系具有很高的变异性和多样性。不同的毒株对于木瓜的侵染也存在着差异,因而,在通过转基因技术对木瓜进行操作时,必须要考虑木瓜的地域性。即根据木瓜的生长环境,选取特定的病毒基因组序列,并通过转基因技术导入木瓜,使木瓜产生抗性以抵抗病毒。

具体而言,转基因木瓜到底是怎么样起到抗病毒作用呢?是由于转入的病毒基因组序中含有小段的双链RNA,可以与病毒繁殖扩增的关键基因DNA序列匹配,匹配后可以使病毒不再具备繁殖扩散的功能,因而成功起到抗病毒作用。

当然,抗病毒转基因木瓜的安全性也是大家所关心的问题。科学家们所转入的病毒基因组序列是否有害,留在人体内不走了呢?

实际上,我们所吃的水果含有大量的RNA和DNA,我们人体在摄入这些RNA和DNA之后,会把它们剪切为一群碱基,再为人体细胞所用,并不会对人的身体产生任何伤害。就转基因木瓜而言也是如此。在摄入人体内后RNA和DNA同样会被分解。

此外,科学家们还通过一系列研究表明,转基因木瓜并不会改变木瓜园艺性质,并且对植物和土壤中包括其他作物、动物和微生物等非目标生物体不产生任何影响。同时,与传统木瓜相比,转基因木瓜可溶性固体和其他成分的含量相当,不具有已知蛋白质过敏原或毒素的典型特征,除病毒抗性外,与常规木瓜实质等同。

安全的抗病毒转基因木瓜除了能够达到基础性的抗病毒效果,还有一些什么样的附加优势呢?

过量使用农药不仅对环境有害,造成土壤、水源、大气等资源污染,还会严重损害人体健康,包括食用人群的健康和长期暴露在农药中农民的健康。据统计,全球平均每分钟就有二至三人因农药而中毒,每年有超过两万的农民因农药中毒而死亡。

转基因木瓜的诞生,从根本上解决了PRSV的威胁,极大地缓解了传统品种种植中农药过量使用的问题,减轻环境污染的同时也丰富了人类对木瓜品种的选择。此外,由于转基因木瓜抗病毒效果明显,产量得以保证,可以有效减少木瓜的种植用地。因此,种植转基因木瓜,是在保证安全前提下,实现成本最小化的最佳选择。

由于转基因木瓜抗病毒成效显著,已经得到了部分木瓜主要种植国家的认可。美国是世界范围内最早批准转基因木瓜商业化种植的国家,其研发的“日出”和“彩虹”两种转基因木瓜品种早在1998年就已经通过审批进行大面积的生产种植,迄今已有近20年历史。

我国也已批准了抗PRSV转基因木瓜——“华农1号”商业化种植。“华农1号”转基因木瓜是由华南农业大学自主研发的。经过对“华农1号”转基因木瓜长达7年的环境与食品安全评估,在得出其除病毒抗性外,与传统木瓜具有相当的等效性结论后,我国于2006年向“华农1号”转基因木瓜颁发生产应用安全证书,批准其在我国广东省推广种植,并且种植面积逐年扩大。至2009年,“华农1号”转基因木果种植面积占广东省木瓜种植面积的95%。

牙买加、泰国以及我国台湾也已经成功完成了抗PRSV转基因木瓜的田间试验阶段,商业化种植指日可待。澳大利亚、菲律宾、马来西亚以及越南等国家也已在2008年进入抗PRSV转基因木瓜的田间试验阶段。转基因木瓜在国际市场中被广泛接受。加拿大是世界第三大木瓜进口国,其于2003年已批准转基因木瓜进入国内市场,成为第一个批准转基因木瓜进口的国家。就连一向对转基因产品持消极态度的日本也于2010年向转基因木瓜打开了进口大门。可以说,转基因木瓜已经在全球范围内逐渐得到了认可。

当然,除了实现对PRSV的抗性,科学家们还试图利用转基因技术使木瓜实现其他对人类具有价值的用途,例如通过基因操作实现木瓜用作食用疫苗,利用转基因技术减少木瓜在运输途中损坏等等。转基因技术与木瓜育种的结合,未来也许会产生更多有益于人类的成果,让我们拭目以待。


参考文献:

[1] Changming Ye, Huaping Li. 《20 Years of Transgenic Research in China》[J]. Transgenic Plant Journal 4 (Special Issue 1), 58-36.

[2] 李世访. 《抗病毒转基因番木瓜及其安全性问题》[J]. 植物保护, 2011, 37(6):59-63.

[3] 饶雪琴,李华平. 《转基因番木瓜研究进展》[J]. 中国生物工程杂志, 2004, 24(6):38-42.


作者:王琪 银圆圆 周天盟 马伟华
作者单位:华中农业大学
 

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来源:基因农业网

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