基因組編輯育種的前途

對(duì)基因組編輯育種的監(jiān)管估計(jì)不可避免，相比轉(zhuǎn)基因監(jiān)管是否會(huì)放松，可能會(huì)相機(jī)而行

繼2015年4月，中山大學(xué)研究人員利用基因組編輯技術(shù)除去了人類胚胎中的一個(gè)突變基因后，5月，全球知名期刊《自然》（Nature）稱，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院（NAS）和國(guó)家醫(yī)學(xué)院（NAM）宣布，將推出重大的舉措為人類基因組編輯技術(shù)制定指導(dǎo)準(zhǔn)則。

基因組編輯技術(shù)，是近年科學(xué)界的明星技術(shù)，它實(shí)現(xiàn)了在生物體基因組水平上進(jìn)行精確地敲除、插入或置換，意味著人類可按意愿改寫DNA，也因此引發(fā)巨大的倫理道德?tīng)?zhēng)議。

核心技術(shù)門檻的降低，往往意味著某個(gè)行業(yè)即將迎來(lái)爆發(fā)期，比如智能手機(jī)的風(fēng)起云涌。

此前，由于技術(shù)壁壘與監(jiān)管成本高昂，轉(zhuǎn)基因育種幾乎壟斷在以孟山都公司為首的幾個(gè)大公司手中；而基因組編輯技術(shù)應(yīng)用于種子培育，不僅少了幾分改寫人類DNA的顧忌，而且這一新的育種技術(shù)降低了準(zhǔn)入門檻，使一些小公司、校辦企業(yè)也有了進(jìn)入的機(jī)會(huì)。

不過(guò)，轉(zhuǎn)基因作物始終面臨著嚴(yán)厲監(jiān)管，同樣作為基因工程，基因組編輯育種技術(shù)的產(chǎn)物，是否也面臨一樣的命運(yùn)？如果改變監(jiān)管策略，又需要如何調(diào)整？

是不是轉(zhuǎn)基因育種？

上述一連串的發(fā)問(wèn)，其實(shí)指向同一個(gè)問(wèn)題，基因組編輯育種是否應(yīng)被視作轉(zhuǎn)基因育種？

被看好的基因組編輯技術(shù)，主要有核酸酶 （ZFNs）、TALE核酸酶（TALENs），以及CRISPR/Cas系統(tǒng)，原理都是在DNA靶位點(diǎn)產(chǎn)生雙鏈斷裂，之后進(jìn)行末端連接或同源重組，以修復(fù)損傷的DNA。

其中，CRISPR/Cas系統(tǒng)是最新的技術(shù)，它不像另外兩種技術(shù)那樣靠蛋白來(lái)識(shí)別目標(biāo)，而是靠核糖核酸（RNA）來(lái)識(shí)別，操作更簡(jiǎn)捷，應(yīng)用范圍更大。

美國(guó)一家小公司Calyxt有一個(gè)新突破，它利用TALEN技術(shù)使土豆耐冷藏，并可減少烹飪時(shí)產(chǎn)生的致癌物質(zhì)。技術(shù)原理是，通過(guò)降低土豆中天門冬酰胺和單糖的含量，不讓切開(kāi)的土豆變黑和減少高溫烹飪時(shí)產(chǎn)生的致癌物質(zhì)丙烯酰胺。

TALEN技術(shù)由TALE蛋白DNA結(jié)合域和核酸酶兩部分融合而成，這相當(dāng)于一場(chǎng)觀察員尋找定位、狙擊手攻擊的游戲，TALE蛋白DNA結(jié)合域負(fù)責(zé)靶序列的特異性識(shí)別，而核酸酶負(fù)責(zé)靶位點(diǎn)的切割。

麥當(dāng)勞等快餐企業(yè)的薯?xiàng)l供應(yīng)商辛普洛特的轉(zhuǎn)基因土豆，也于2014年11月得到美國(guó)農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)，它同樣可以減少土豆擦傷變黑，并在烹飪過(guò)程中降低丙烯酰胺的產(chǎn)生。

兩種土豆的品質(zhì)類似，但區(qū)別在于，辛普洛特土豆嵌入了野生土豆中的基因片段，并采用RNA干擾技術(shù)讓負(fù)責(zé)編碼特定酶的基因不再表達(dá)，Calyxt土豆則只是剔除了土豆本身的基因，沒(méi)有插入任何外源基因。

檢測(cè)無(wú)法發(fā)現(xiàn)Calyxt土豆與傳統(tǒng)土豆的差別，因?yàn)椋蚪M編輯技術(shù)無(wú)需引入外源基因，直接可在作物自身基因組上進(jìn)行操作，與自然突變或物理、化學(xué)誘變的機(jī)理一樣，因此，分子檢測(cè)無(wú)法區(qū)分基因組編輯獲得的植物突變體與常規(guī)突變體。而轉(zhuǎn)基因育種時(shí)外源基因的嵌入位置有隨機(jī)性，需要大量的篩選來(lái)獲取目標(biāo)性狀。

這就是基因組編輯育種不同于轉(zhuǎn)基因育種的重要原因。

那么，前者可以替代轉(zhuǎn)基因育種嗎？

基因組編輯技術(shù)至少現(xiàn)在還不能完全替代傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，比如，因?yàn)锽t基因來(lái)源自細(xì)菌，基因組編輯尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)在作物自身基因組上產(chǎn)生Bt基因。

日本茨城大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授刀川（Masashi Tachikawa）介紹，一部分人認(rèn)為基因組編輯育種應(yīng)按非轉(zhuǎn)基因植物對(duì)待，其比轉(zhuǎn)基因更天然，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較??；另一部分認(rèn)為基因組編輯對(duì)基因組重新配置，同時(shí)技術(shù)門檻的降低會(huì)加大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，因此需要更加嚴(yán)格。站在中間路線的人則認(rèn)為應(yīng)保持現(xiàn)狀，然后再逐步減輕或加強(qiáng)，而操作精準(zhǔn)度增加并不會(huì)降低風(fēng)險(xiǎn)。

“我受監(jiān)管嗎？”

美國(guó)農(nóng)業(yè)部認(rèn)定Calyxt土豆不在轉(zhuǎn)基因法規(guī)監(jiān)管內(nèi)。2014年8月28日，美國(guó)農(nóng)業(yè)部動(dòng)植物衛(wèi)生檢驗(yàn)局回復(fù)Calyxt公司咨詢稱，該土豆有別于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因作物，最終產(chǎn)品不含有任何外源的遺傳物質(zhì)，農(nóng)業(yè)部對(duì)于轉(zhuǎn)基因作物的管理?xiàng)l例不再適用，因此不受相關(guān)條文（即《生物技術(shù)監(jiān)管協(xié)同框架》）管理。

自2011年7月至2014年11月，美國(guó)農(nóng)業(yè)部動(dòng)植物衛(wèi)生檢驗(yàn)局網(wǎng)站上已有25封來(lái)信咨詢，均涉及同一個(gè)問(wèn)題：“我受監(jiān)管嗎？”

早在四年前美國(guó)就發(fā)布《新興技術(shù)監(jiān)管和監(jiān)督原則》強(qiáng)調(diào)，監(jiān)管要遵循科學(xué)，定量和定性考慮效益與成本，如果沒(méi)發(fā)現(xiàn)重大的監(jiān)督問(wèn)題，考慮不予監(jiān)管。

美國(guó)農(nóng)業(yè)部海外農(nóng)業(yè)局新技術(shù)與生產(chǎn)方式辦公室副處長(zhǎng)彼得里（Mark Petry）對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者表示，在美國(guó)，基因組編輯產(chǎn)品是遵循個(gè)案分析的原則、以科學(xué)為基礎(chǔ)進(jìn)行的。與此同時(shí)，一些轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品被等同于常規(guī)育種產(chǎn)品對(duì)待。

彼得里透露，近期許多業(yè)內(nèi)科學(xué)家建議，監(jiān)管機(jī)制應(yīng)該保持一貫性， 如果在無(wú)法區(qū)分基因組編輯產(chǎn)品與常規(guī)育種產(chǎn)品的情況下，兩種產(chǎn)品應(yīng)該等同對(duì)待。

此外，如果Calyxt土豆要出口，僅僅拿到美國(guó)農(nóng)業(yè)部的許可遠(yuǎn)不是終點(diǎn)，各個(gè)國(guó)家的監(jiān)管都需要協(xié)調(diào)。

6月上旬，由美國(guó)、英國(guó)、阿根廷、中國(guó)多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的政府官員、科學(xué)家、產(chǎn)業(yè)人士參加的新育種技術(shù)交流活動(dòng)接連在菲律賓和中國(guó)舉行，其目的即是協(xié)調(diào)各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的基因組編輯育種技術(shù)監(jiān)管。

美國(guó)政府已經(jīng)將一些產(chǎn)品的安全評(píng)價(jià)材料在網(wǎng)絡(luò)上公開(kāi)，以便各國(guó)參考。

歐盟的做法則有些費(fèi)解，歐盟于1998年批準(zhǔn)Mon 810轉(zhuǎn)基因玉米、1998年批準(zhǔn)了兩個(gè)康乃馨生物技術(shù)品種后，沒(méi)再批準(zhǔn)新的栽培申請(qǐng)。如今主要的生物技術(shù)公司退出了歐盟，先正達(dá)公司停止在歐洲的基因工程項(xiàng)目，孟山都從歐盟撤走所有栽培檔案。如果將基因組編輯育種技術(shù)納入轉(zhuǎn)基因育種范疇，那么這一技術(shù)在歐盟將又一次陷入絕境。

歐洲食品安全局（EFSA）轉(zhuǎn)基因生物（GMO）小組成員約內(nèi)斯（Huw D Jones）在北京上述交流活動(dòng)中透露，歐盟正在考慮這一問(wèn)題，2015年夏季之前完成轉(zhuǎn)基因生物體定義的法律審查，秋季將提交最終草案給成員國(guó)評(píng)審，希望在年底之前發(fā)表涵蓋現(xiàn)有新育種技術(shù)的指南。他本人表示，如果產(chǎn)品中不再有重組DNA，且基因組編輯無(wú)法與自然突變區(qū)分的話，那么不應(yīng)納入已定義的轉(zhuǎn)基因育種范疇。

阿根廷的做法接近美國(guó)。阿根廷國(guó)家農(nóng)業(yè)生物技術(shù)咨詢委員會(huì)執(zhí)行主任、農(nóng)畜漁業(yè)部生物技術(shù)主任萊馬（Martin Lema）介紹，只要最終產(chǎn)品不含外源基因，則不納入轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的監(jiān)管范疇。

在日本，申請(qǐng)基因組編輯育種技術(shù)品種須在種植以及用于食品和飼料之前咨詢主管部門，并請(qǐng)其裁決最終產(chǎn)品是否納入監(jiān)管。

中國(guó)的政策選擇

中國(guó)并非旁觀者。以中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育研究所研究員高彩霞等人為代表，中國(guó)已經(jīng)在基因組編輯的小麥育種上做了出色的工作。

白粉病是小麥的世界性病害，小麥中的致病基因在其A、B、D基因組上各有一個(gè)拷貝。高彩霞與中國(guó)科學(xué)院微生物研究所研究員邱金龍合作利用TALEN技術(shù)，在六倍體小麥中對(duì)該基因的3個(gè)拷貝同時(shí)進(jìn)行了突變，獲得對(duì)白粉病具有廣譜抗性的小麥材料。該研究結(jié)果于去年7月發(fā)表在權(quán)威生物技術(shù)期刊《自然-生物技術(shù)》在線版。

需要注意的是，這種抗白粉病小麥很難通過(guò)雜交育種獲得，因?yàn)殡s交育種利用的是自然突變產(chǎn)生的植株，而六倍體小麥很難發(fā)生3個(gè)拷貝同時(shí)突變。同樣，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)也不容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檗D(zhuǎn)基因技術(shù)具有插入的隨機(jī)性，做不到在特定基因上的插入，而六倍體的篩選工作量是無(wú)窮大的。

高彩霞還利用基因組編輯技術(shù)研發(fā)了一種帶有香味的水稻。不過(guò)，這些成果都還沒(méi)有應(yīng)用在商業(yè)生產(chǎn)中，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)部尚未有明確說(shuō)法。

中國(guó)在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)政策制定上是有深痛教訓(xùn)的。作為中國(guó)轉(zhuǎn)基因法規(guī)的主要起草人之一，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所生物安全研究中心主任彭于發(fā)認(rèn)為，目前看中國(guó)轉(zhuǎn)基因政策采取的防守策略并不成功，亟須改進(jìn)。

國(guó)務(wù)院頒發(fā)的《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例》（下稱《轉(zhuǎn)基因管理?xiàng)l例》）發(fā)布于2001年5月。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的研發(fā)相對(duì)落后，于是中國(guó)采取了一個(gè)防守策略，即設(shè)置高門檻，讓國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)來(lái)時(shí)，額外增加很多程序。

結(jié)果出乎意料，按照彭于發(fā)的講法就是，“外面的沒(méi)擋住，里面的沒(méi)起來(lái)”。以大豆為例，中國(guó)沒(méi)擋住進(jìn)口，自己的轉(zhuǎn)基因大豆也沒(méi)發(fā)展起來(lái)。因?yàn)樵O(shè)置高門檻后，沒(méi)有一個(gè)中國(guó)的企業(yè)和研究院所能達(dá)到這樣的高標(biāo)準(zhǔn)。

此外，還在客觀上造成“能試（驗(yàn)）不能用，許吃不許種”現(xiàn)象，因?yàn)樽詈蟛辉试S種，投資者沒(méi)有獲得效益，至今只有大北農(nóng)集團(tuán)等少數(shù)企業(yè)開(kāi)始作為。

對(duì)于基因組編輯育種技術(shù)，彭于發(fā)建議，其一，要避免“轉(zhuǎn)基因”字眼引來(lái)的公眾輿論壓力，建議采用“精準(zhǔn)育種技術(shù)”或“先進(jìn)育種技術(shù)”概念；其二，因?yàn)闄z測(cè)不到外源基因，大量的新產(chǎn)品不應(yīng)作為轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品來(lái)管理；其三，中國(guó)需要一個(gè)簡(jiǎn)化的合理程序。

也有不太樂(lè)觀的看法存在。部分業(yè)內(nèi)人士就認(rèn)為，這一育種技術(shù)恐怕不能逃脫作為轉(zhuǎn)基因的監(jiān)管。按照《轉(zhuǎn)基因管理?xiàng)l例》第一章第三條，“農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物是指利用基因工程技術(shù)改變基因組構(gòu)成，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或者農(nóng)產(chǎn)品加工的動(dòng)植物、微生物及其產(chǎn)品”，基因組編輯技術(shù)既然是在作物基因組水平上的遺傳修飾，那么則屬于基因工程，符合上述定義。

目前，農(nóng)業(yè)部還處于收集有關(guān)信息階段。一位農(nóng)業(yè)部相關(guān)人士透露，對(duì)基因組編輯育種的監(jiān)管估計(jì)不可避免，不過(guò)相比轉(zhuǎn)基因監(jiān)管是否會(huì)放松，則要看歐美的做法相機(jī)而行。