世界上第一棵轉(zhuǎn)基因作物是什么?早在數(shù)千年前，它已在自然條件下誕生。我們常吃的圣女果、血橙，其實(shí)都?xì)w功于不安分的“轉(zhuǎn)座子”。

　　世界上的第一棵轉(zhuǎn)基因作物是什么?它是出身于實(shí)驗(yàn)室里，由科學(xué)家培育出來的嗎?你可能想象不到，早在數(shù)千年前，第一棵轉(zhuǎn)基因作物就已經(jīng)在自然條件下誕生了。

自然界外源“轉(zhuǎn)基因”作物

　　2015年5月《美國國家科學(xué)院刊》上發(fā)表了一項(xiàng)研究，它表明人類作為主要作物之一的紅薯，其實(shí)是在自然條件下轉(zhuǎn)了基因的食品，且轉(zhuǎn)入的還是一種叫做“農(nóng)桿菌”的細(xì)菌強(qiáng)行植入的外源基因。

▲轉(zhuǎn)基因都是人為操作的嗎?(配圖來自互聯(lián)網(wǎng))

　　這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人是秘魯利馬的國際馬鈴薯中心(The International Potato Center)病毒學(xué)家Jan Kreuze。他認(rèn)為，轉(zhuǎn)入到紅薯體內(nèi)的農(nóng)桿菌基因幫助植物產(chǎn)生了兩種激素，從而使植物的根部發(fā)生變化并產(chǎn)生了一些可食用的物質(zhì)。遺憾的是，這一推測(cè)無法證實(shí)或證偽。因?yàn)樗麄冊(cè)趤碜悦绹?、印度尼西亞、中國、南美部分地區(qū)及非洲等地的291種紅薯品種中，根本找不到不含農(nóng)桿菌DNA的“非轉(zhuǎn)基因紅薯”品種來做對(duì)比試驗(yàn)。

　　▲所有品種的紅薯的基因庫都含有農(nóng)桿菌(一種在土壤里很常見的細(xì)菌)的基因。換句話說，人類種植的紅薯都是天然轉(zhuǎn)基因的，無一例外。這個(gè)研究結(jié)果2015年5月發(fā)表于美國國家科學(xué)院院刊上

　　也就是說，紅薯就是自然界中的轉(zhuǎn)基因作物。

　　植物自體“轉(zhuǎn)基因”模式

　　紅薯會(huì)不會(huì)是個(gè)例呢?當(dāng)然不是，因?yàn)樽匀唤绫緛砭痛嬖谥D(zhuǎn)基因。

　　“人們看見不一樣的蔬菜、水果、作物和花卉后，總是忍不住聯(lián)想它們是‘轉(zhuǎn)基因’的。實(shí)際上，在自然界數(shù)以億萬年的進(jìn)化過程中，基因組本身就在發(fā)生變化，世界也因此變得豐富多彩?！痹诒本┛萍加浾呔庉媴f(xié)會(huì)主辦的第七屆“全國媒體記者轉(zhuǎn)基因報(bào)道研修班”期間，研究表觀遺傳學(xué)的中國科學(xué)院院士、發(fā)展中國家科學(xué)院院士、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員曹曉風(fēng)就為學(xué)員們解開了在自然條件下植物基因變化的面紗。

▲9月17日，中科院院士曹曉風(fēng)在第七屆全國媒體記者轉(zhuǎn)基因報(bào)道研修班上授課

　　植物會(huì)因自身基因的調(diào)控而呈現(xiàn)不同的性狀，如高矮、顏色深淺、有沒有斑紋等，而“轉(zhuǎn)座子”就是這個(gè)進(jìn)化過程的驅(qū)動(dòng)力。

　　基因是有序列的，而“轉(zhuǎn)座子”是個(gè)不守規(guī)則的“插隊(duì)者”，會(huì)從原來位置上單獨(dú)復(fù)制或斷裂下來，把自己的這一段基因，插入到另外的基因位點(diǎn)里。正是因?yàn)榭梢詣?dòng)的遺傳因子——轉(zhuǎn)座子，人們才會(huì)看到下面的這些“奇怪”植物。

▲孟德爾遺傳定律(配圖來自互聯(lián)網(wǎng))

　　常常被人誤認(rèn)為是“轉(zhuǎn)基因”的圣女果，其實(shí)只是轉(zhuǎn)座子“跳躍”介導(dǎo)(媒介傳導(dǎo)，即把某種物質(zhì)作為媒介轉(zhuǎn)導(dǎo)某種物質(zhì))基因重排后的產(chǎn)物。2004年，研究者發(fā)現(xiàn)，控制番茄果實(shí)形狀加長(zhǎng)的SUN位點(diǎn)的關(guān)鍵基因從10號(hào)染色體跳到了7號(hào)染色體，“轉(zhuǎn)座子”趁虛插入了控制果實(shí)膨大的下游基因，新整合的位點(diǎn)增強(qiáng)了下游基因的表達(dá)量，結(jié)果促進(jìn)番茄果實(shí)形狀伸長(zhǎng)變成了橢圓形。

　　血橙中，血色的橙肉來源于花青素基因上游的一個(gè)轉(zhuǎn)座子作用。這個(gè)轉(zhuǎn)座子促使花青素在橙肉中表達(dá)量升高，于是加深了橙肉的顏色。葡萄中的VvmybA1基因能夠控制果皮顏色，當(dāng)轉(zhuǎn)座子插入到紫葡萄品種卡本內(nèi)的VvmybA1基因上游，因“轉(zhuǎn)座子”抑制該基因的表達(dá)致使果皮變成了白色，形成了白葡萄品種霞多麗。隨后轉(zhuǎn)座子再次“插隊(duì)”，插入的位點(diǎn)再次導(dǎo)致了DNA序列的重新排列，于是VvmybA1基因部分恢復(fù)了突變，繼而又形成了紅葡萄品種奧山紅寶石。

　　轉(zhuǎn)座子的跳進(jìn)與跳出，促進(jìn)或抑制著基因的表達(dá)，實(shí)際上也是天然轉(zhuǎn)基因的過程。路邊上雙色的小野花、市場(chǎng)里花斑籽粒的玉米……這些看起來“不同尋常”的植物，都要?dú)w“功”于不安分的“轉(zhuǎn)座子”。

　　而在所有的基因中，轉(zhuǎn)座子有多少呢?人類45%的基因組有轉(zhuǎn)座子來源的重復(fù)序列構(gòu)成，在動(dòng)植物基因組中“轉(zhuǎn)座子”更是普遍存在。正因?yàn)樗猩锒加谢?，也由此可見，在地球?shù)以億萬年的演化過程中，僅僅在自然條件下的“轉(zhuǎn)基因”事件就一直不曾停歇過。

如法炮制的人工“轉(zhuǎn)基因”作物

　　轉(zhuǎn)基因是如何“轉(zhuǎn)的”，很少能有人說明白。其實(shí)，1906年當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)了植物交接處經(jīng)常長(zhǎng)“瘤”時(shí)，“順藤摸瓜”的找到了一種可植入植物細(xì)胞的細(xì)菌——農(nóng)桿菌。農(nóng)桿菌把自身的一小段DNA轉(zhuǎn)移到了植物細(xì)胞里，繼而將這段DNA整合到了植物的基因組里。因?yàn)闆]有代謝農(nóng)桿菌DNA的途徑，被“轉(zhuǎn)基因”的植物便攜帶者這段DNA繼續(xù)繁衍下去了。前北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授、現(xiàn)任濰坊興旺生物種業(yè)有限公司總經(jīng)理、首席科學(xué)家王喜萍介紹說，農(nóng)桿菌的簡(jiǎn)單又高明的方法，衍生出了人工轉(zhuǎn)基因最常用的方法——農(nóng)桿菌介導(dǎo)法。

▲植物的組織培養(yǎng)與遺傳轉(zhuǎn)化(摘自王喜萍PPT)

　　無論是農(nóng)桿菌DNA這樣的外源基因，還是轉(zhuǎn)座子這樣的植物自身基因，都可以在自然環(huán)境下產(chǎn)生“轉(zhuǎn)基因”植物(包括作物)，那么，人類又通過“轉(zhuǎn)基因”技術(shù)對(duì)植物做了什么呢?

　　隨著地球人口的不斷激增，人類對(duì)糧食的需求日益增加，傳統(tǒng)育種方式難以解決糧食帶來的問題。1996年以后，轉(zhuǎn)基因技術(shù)開始用于糧食作物的生產(chǎn)?？瓜x和抗除草劑是轉(zhuǎn)基因技術(shù)的兩個(gè)主要研究方向，科學(xué)家用來自微生物的DNA分子，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法為主的轉(zhuǎn)基因手段，將DNA分子轉(zhuǎn)入了植物細(xì)胞中并形成新的單位，最終實(shí)現(xiàn)抗蟲或抗除草劑的性狀表達(dá)。這段DNA分子在植物中“工作”，并不干擾植物的任何代謝途徑。轉(zhuǎn)入的DNA就像給打了一針“疫苗”，讓它對(duì)蟲或除草劑，亦或是兩者都具有了防御的能力。

▲抗蟲(摘自王喜萍PPT)

▲抗除草劑(摘自王喜萍PPT)

▲抗病(摘自王喜萍PPT)

　　目前實(shí)現(xiàn)抗蟲特性主要用到的是BT蛋白，它來自蘇云金芽孢桿菌編碼毒蛋白基因。王喜萍介紹說，因?yàn)楸环Q為“毒蛋白”，為作物轉(zhuǎn)入BT蛋白曾引發(fā)“蟲子吃了會(huì)死，人吃了能行嗎?”的疑問。

　　其實(shí)，BT蛋白是一種特異性蛋白，獨(dú)特到只針對(duì)鱗翅目昆蟲的幼蟲起作用，且僅對(duì)它們消化系統(tǒng)中的中腸階段的一個(gè)特異性受體起作用。當(dāng)BT蛋白遇到這個(gè)受體并結(jié)合后，這些鱗翅目昆蟲的幼蟲會(huì)因?yàn)椴荒苷Ｏ罱K餓死。

　　其實(shí)，植物天然也存在的“抗蟲性”，主要依賴中間的代謝產(chǎn)物而實(shí)現(xiàn)抗蟲。比如高粱會(huì)代謝一種又苦又澀的單寧物質(zhì)，柿子皮很澀，茼蒿等蔬菜會(huì)有一種怪味道，蟲子不喜歡這些代謝的中間產(chǎn)物，植物在一定程度上就避免了被蟲子吃掉。 “苦”“澀”“怪味”的植物，雖然具有一定抗蟲效果，但把這些源自植物的基因用到作物上，還需要兩件事，第一是認(rèn)知這個(gè)基因，第二知道如何篩選出這個(gè)基因。這些還需要科學(xué)家們繼續(xù)深入的去研究。

　　植物轉(zhuǎn)入抗除草劑特性的目的很簡(jiǎn)單，當(dāng)作物有了抗除草劑的特性，施用除草劑后，雜草除去，作物本身還能健康的生長(zhǎng)。種植抗除草劑的作物，不僅能解放勞動(dòng)力，而且能降低施用農(nóng)藥對(duì)人體的危害。

轉(zhuǎn)基因走出實(shí)驗(yàn)室路途漫漫

　　但是，轉(zhuǎn)基因技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到餐桌，還要邁過很多門檻。以轉(zhuǎn)基因三文魚為例，在確認(rèn)其食用安全性五年、環(huán)境安全性三年之后，美國食物藥品管理局(FDA)才于2015年11月批準(zhǔn)了水恩公司(AquaBounty)的轉(zhuǎn)基因三文魚品牌“AquAdvantage”上市。其實(shí)，這項(xiàng)改變大西洋三文魚的生長(zhǎng)激素調(diào)節(jié)方式，讓魚更快地生長(zhǎng)到成年體型的技術(shù)，早在1989年就已經(jīng)誕生了。

▲國際科學(xué)組織對(duì)轉(zhuǎn)基因作物安全性的論述(摘自王喜萍PPT)

　　同樣是轉(zhuǎn)基因魚，中國科學(xué)院水生生物研究所研究員朱作言早在1985年就正式發(fā)表了世界首批轉(zhuǎn)基因魚培育成功的論文，后經(jīng)多代選育出中國擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因鯉魚——冠鯉。但迄今為止，冠鯉仍未走上人們的餐桌。

　　轉(zhuǎn)基因植物與轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在中國的命運(yùn)，幾乎殊途同歸。1998年由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)培育成功的“華恢1號(hào)”，對(duì)二化螟和稻縱卷葉螟等鱗翅目害蟲表現(xiàn)出很強(qiáng)的田間抗性，可降低水稻生產(chǎn)中農(nóng)藥施用量，提高產(chǎn)量，1999年通過農(nóng)業(yè)部組織的成果鑒定，后獲得農(nóng)業(yè)生物安全證書，但至今未能種植;2009年，中國頒發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一個(gè)轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米品種，同樣至今未能種植生產(chǎn)。

　　在國內(nèi)遲遲等不來的商業(yè)化種植，讓國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室里轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品走上曲線產(chǎn)業(yè)化路徑。近期，華中農(nóng)大的轉(zhuǎn)基因水稻“華恢1號(hào)”獲美國認(rèn)可安全可以食用，阿根廷官方就中國大北農(nóng)集團(tuán)在該國發(fā)布的第一個(gè)大豆性狀進(jìn)行了公眾咨詢，最快到11月中上旬可正式被批準(zhǔn)在阿根廷進(jìn)行商業(yè)化種植。而截至目前，中國批準(zhǔn)種植生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因植物仍然只有棉花、木瓜、白楊。

　　參加第七屆“全國媒體記者轉(zhuǎn)基因報(bào)道研修班”期間的院士和專家都提到轉(zhuǎn)基因作物的監(jiān)管和檢測(cè)的嚴(yán)格。王喜萍也直言，“所有監(jiān)管和檢測(cè)如此之嚴(yán)格的東西，如果還要懷疑它，在我們食品安全形勢(shì)如此嚴(yán)峻的今天，好多東西更不能吃了”。