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轉(zhuǎn)基因作物是擁有來自其他物種基因的植物。該基因變化過程可以來自不同物種之間的雜交,但現(xiàn)在更多的特指那些在實驗室里通過重組DNA技術(shù)人工插入其他物種基因以創(chuàng)造出擁有新特性的植物。

基因編輯作物是利用CRISPR-Cas9等技術(shù)開發(fā)的,這些技術(shù)可以對DNA序列進(jìn)行微小調(diào)整。它們不同于通過基因改造獲得的作物,因為這通常涉及從其他植物或動物物種中插入完整的基因或DNA序列。

隨著人類認(rèn)識的發(fā)展,轉(zhuǎn)基因植物的種種潛在危害也逐漸被認(rèn)識。

其一,具有高產(chǎn)、抗性強(qiáng)的轉(zhuǎn)基因植物品種不斷地被推廣,勢必導(dǎo)致品種的單一化和貧化。

其二,轉(zhuǎn)基因植物的目的基因發(fā)生逃逸,亦即通過異花授粉與野生近緣種雜交,可能產(chǎn)生新的雜草。

其三,轉(zhuǎn)基因植物由于抗性強(qiáng),能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境,其中有些作物,它們的不少性狀與它們的雜草化的祖先是共同的,因此,某些遺傳的改變可能使作物本身成為雜草。如高度抗鹽的轉(zhuǎn)基因水稻品種就可能侵入到港灣中大量繁殖起來成為雜草。

其四,轉(zhuǎn)基因植物是自然界本身并不存在的植物,因此對于一個生態(tài)系統(tǒng)來說,轉(zhuǎn)基因植物的進(jìn)入就相當(dāng)于外來種的侵入。

面對轉(zhuǎn)基因植物的可能危害,國際上提出生物安全問題。我國也制定了有關(guān)法規(guī),按照潛在危險程度,將基因工程分為四個等級,采取不同的管理措施。

此前,在中國,轉(zhuǎn)基因作物獲得生物安全許可需要長達(dá)六年的時間。但研究人員稱,中國農(nóng)業(yè)部1月24日發(fā)布的《農(nóng)業(yè)用基因編輯植物安全評價指南(試行)》指導(dǎo)方針規(guī)定了獲得基因編輯作物生物安全證書的程序,可以將審批時間縮短到一到兩年。

轉(zhuǎn)基因作物在獲準(zhǔn)使用前需要進(jìn)行廣泛、大規(guī)模的田間試驗。新的指導(dǎo)方針規(guī)定,對于被認(rèn)為不構(gòu)成環(huán)境或食品安全風(fēng)險的基因編輯作物,開發(fā)人員只需提供實驗室數(shù)據(jù)并進(jìn)行小規(guī)模的田間試驗。

自從發(fā)布初步指導(dǎo)方針以來,研究人員一直在爭先恐后地提交使用轉(zhuǎn)基因作物的申請。他們對政府批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因作物感到興奮,認(rèn)為這將為轉(zhuǎn)基因作物的農(nóng)業(yè)應(yīng)用掃清了道路,這可能會促進(jìn)對更美味、更抗蟲害、更適應(yīng)全球變暖的品種的研究。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的植物生物學(xué)家高彩霞說：“這對我們來說是個非常好的消息。這真的為商業(yè)化打開了大門?！?/P>

在農(nóng)業(yè)育種上,抗病性與高產(chǎn)量兼?zhèn)涫且淮箅y題。中國科學(xué)院高彩霞研究團(tuán)隊日前成功破解了小麥既抗白粉病又確保生長和產(chǎn)量正常的基因奧秘,并使主栽小麥品種快速獲得廣譜抗白粉病的優(yōu)異性狀,這一成果2月9日在Nature發(fā)表,闡明了小麥新型mlo突變體既抗白粉病又高產(chǎn)的分子機(jī)制。

小麥白粉病是由真菌引起的一種世界范圍內(nèi)危害小麥生產(chǎn)的重要病害,重病田減產(chǎn)可達(dá)40%以上。培育抗白粉病的小麥品種,對于維護(hù)世界糧食安全具有重要意義。

然而,受限于自然法則,農(nóng)作物抗病性與高產(chǎn)量往往難以兼得。

早在2014年,高彩霞研究團(tuán)隊就利用基因組編輯技術(shù)定向突變小麥的感病基因MLO,獲得了對白粉病具有廣譜持久抗性的材料,但該小麥mlo突變體表現(xiàn)出白粉病抗性的同時,也出現(xiàn)了早衰、植株變矮、產(chǎn)量下降等負(fù)面表型。

此后,研究團(tuán)隊一直不斷探索如何在抗白粉病育種中進(jìn)一步利用MLO基因,從而實現(xiàn)“魚與熊掌兼得”。

終于,他們在大量的基因組編輯小麥突變體中篩選獲得了一個新型mlo突變體Tamlo-R32,該突變體表現(xiàn)出對白粉菌完全的抗性,同時生長發(fā)育和產(chǎn)量正常。

在本文中,研究人員解析了小麥Tamlo-R32突變體表型形成的分子機(jī)制。

研究人員發(fā)現(xiàn),在Tamlo-R32突變體基因組的TaMLO-B1位點附近,存在約304Kb的大片段刪除,染色體三維結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致上游基因TaTMT3的表達(dá)水平上升,進(jìn)而克服了感病基因MLO突變引起的負(fù)面表型,最終實現(xiàn)了抗病和產(chǎn)量的雙贏。

賓夕法尼亞州立大學(xué)帕克分校的植物生物學(xué)家楊亦農(nóng)教授說：“這是一項非常全面和完美的工作?！边@對幾乎所有開花植物也有廣泛的影響,因為白粉病可以感染大約1萬種植物。

研究人員已經(jīng)計劃將更多的工作重點放在開發(fā)對農(nóng)民有價值的新作物上。例如,深圳南方科技大學(xué)的植物分子生物學(xué)家朱健康說,他希望開發(fā)經(jīng)過基因編輯的品種,提高產(chǎn)量,抵御氣候變化的能力,并對化肥有更好的反應(yīng)。還有一些公司正在準(zhǔn)備申請?zhí)貏e芳香的大米,以及油酸脂肪酸含量高的大豆,這種脂肪酸可以產(chǎn)生低飽和脂肪的油。

這一類研究表明了我國在基因編輯作物方面的良好進(jìn)展。然而,一些研究人員也認(rèn)為,指導(dǎo)方針的某些方面是模糊的,它們適用于使用基因編輯技術(shù)去除基因或改變單核苷酸的作物,但尚不清楚它們是否也適用于從同一物種的其他品種引入DNA序列的作物。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,對于轉(zhuǎn)基因作物的“指導(dǎo)方針”也會越來越完善。