轉(zhuǎn)基因與常規(guī)育種的異同

馮云

人們對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)生的爭議之一是，轉(zhuǎn)基因與常規(guī)育種是否一致或有哪些差異，這些差異會不會引起安全問題。對此，有必要弄清轉(zhuǎn)基因與常規(guī)育種的異同。

大體而言，轉(zhuǎn)基因與常規(guī)育種都是人為的行為，是人類為了獲得高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的作物而對種子進(jìn)行的人工培育，這是最大的相同點(diǎn)。但是，轉(zhuǎn)基因與常規(guī)育種卻有較大的不同，最大的不同是，轉(zhuǎn)基因不太遵循生物繁衍、生長的自然方式，常規(guī)育種則符合或比較符合生物繁衍、生長的自然方式。這主要體現(xiàn)在幾個方面。

風(fēng)馬牛的相及與不相及

風(fēng)馬牛不相及指的是，即使馬或牛雄、雌發(fā)情，但由于物種不同，也不會交配。對生物的改良當(dāng)然是從遺傳物質(zhì)上進(jìn)行改變，但是，轉(zhuǎn)基因可以對生物進(jìn)行大范圍或跨物種的遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，常規(guī)育種不會讓遺傳物質(zhì)大范圍地超越物種轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)基因可以強(qiáng)行做到“風(fēng)馬牛相及”，而常規(guī)育種會遵循風(fēng)馬牛不相及的原則。

生物的分類最早是由瑞典植物學(xué)家林奈創(chuàng)立并由后來的拉馬克等人補(bǔ)充修正而確立為今天通用的生物分類，生物分為界、門、綱、目、科、屬、種7個階元系統(tǒng)。物種是基本單元，近緣的種歸并為屬，近緣的屬歸并為科，科隸屬于目，目隸屬于綱，綱隸屬于門，門隸屬于界。林奈在1758年第10版《自然系統(tǒng)》中首次將階元系統(tǒng)應(yīng)用于植物和動物，后來1969年美國生物學(xué)家魏泰克提出五界說，對生物分類進(jìn)行了統(tǒng)一，在界的最高階元上可分為動物界、植物界、原生生物界、原核生物界和真菌界。

但是，由于五界說并沒有納入病毒、噬菌體、類病毒等，美國生物學(xué)家卡爾·沃斯等人于1990年提出了三域系統(tǒng)，分為細(xì)菌域、古菌域、真核域，將所有生物納入這三域中。因此，在生物分類上，就有了域、界、門、綱、目、科、屬、種8個階元系統(tǒng)。

今天，轉(zhuǎn)基因可以跨域或跨界把一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物，例如，把細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移到植物，也可以把植物的基因轉(zhuǎn)移到動物。一些轉(zhuǎn)基因玉米就是轉(zhuǎn)入了蘇云金桿菌毒素的基因，從而讓玉米能抗蟲害，而這是一種最大范圍物種遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，即跨域的基因轉(zhuǎn)移。

常規(guī)育種的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移則一般不會超越屬和種。例如，人們最熟悉的遠(yuǎn)緣雜交是馬和驢的雜交，這是不同屬的雜交（遺傳物質(zhì)交換和轉(zhuǎn)移）。但是，這類遠(yuǎn)緣雜交的結(jié)果常常是后代會出現(xiàn)“瘋狂分離”現(xiàn)象。所謂“瘋狂分離”是指后代性狀分離的類型很多，穩(wěn)定性差，有時(shí)甚至到10多代后還出現(xiàn)分離。而且，有些遠(yuǎn)緣雜種在胚胎發(fā)育過程中會發(fā)生一個親本排斥另一個親本染色體的現(xiàn)象，即染色體的不親和與生理平衡受到嚴(yán)重干擾，從而產(chǎn)生不育。同時(shí)，遠(yuǎn)緣雜種生物的生活力一般低下，在很多情況下在胚胎期就死亡。更重要的是遠(yuǎn)緣雜種不育是很普遍的現(xiàn)象。例如母馬和公驢雜交生下的騾子不能生育。

基因交換的少與多

轉(zhuǎn)基因通常只有一個或幾個外源性基因轉(zhuǎn)移到受體生物中，是一種極不完全的基因轉(zhuǎn)移和融合（匹配），但常規(guī)育種，如雜交，則是雜交的兩個親本（父本、母本）所有遺傳物質(zhì)（基因組）的完全配對或匹配。

以作物（植物）為例，小麥的進(jìn)化歷史就是一部遠(yuǎn)緣雜交史?，F(xiàn)在種植的普通小麥?zhǔn)怯?種野生植物經(jīng)過兩次天然遠(yuǎn)緣雜交及9000多年的自然選擇和人工選擇而形成，經(jīng)歷了一粒小麥、二粒小麥和普通小麥的進(jìn)化過程，它們的染色體組型是：

一粒小麥：性細(xì)胞染色體數(shù)為7;體細(xì)胞染色體數(shù)為14，命名為AA組。

二粒小麥：性細(xì)胞染色體數(shù)為14;體細(xì)胞染色體數(shù)為28。有兩組染色體，其中一組來自一粒小麥，命名為AA組。另一組來自擬斯卑爾托山羊草，命名為BB組。因此二粒小麥的染色體組型就是AABB組。

普通小麥：性細(xì)胞有21條染色體，體細(xì)胞有42條染色體。其中兩組來自二粒小麥AABB，另外一組來自粗山羊草，命名為DD組，所以普通小麥的染色體組型就是AABBDD組，簡稱ABD組。

中國的優(yōu)良小麥品種泰山一號是山東省農(nóng)科院作物所以54405（碧螞4號×早熟一號）做母本，歐柔（原產(chǎn)于智利）做父本，經(jīng)有性雜交選育而成。也就是說，泰山一號是經(jīng)過54405母本的21條染色體與歐柔父本的21條染色體中全部基因組的配對而形成新的適應(yīng)性強(qiáng)、成穗率高、豐產(chǎn)性好的品種。

轉(zhuǎn)基因只是把一種基因（DNA片段）轉(zhuǎn)入受體作物中發(fā)揮某種功能。例如，一種轉(zhuǎn)基因抗黃瓜花葉病毒西紅柿（8805R）就是對普通西紅柿轉(zhuǎn)入了煙草花葉病毒（TMV）的外殼蛋白CP基因，因此能讓西紅柿抗黃瓜花葉病毒，該病毒能侵害1000多種單、雙子葉植物。

基因控制的難易和產(chǎn)品的不確定性

常規(guī)育種的后代或果實(shí)是容易控制的，因?yàn)楂@得了品質(zhì)、性狀好的后代種子后，還要經(jīng)過栽培幾代以證明其穩(wěn)定后才能推廣種植。轉(zhuǎn)基因有較大的不穩(wěn)定性，盡管轉(zhuǎn)基因作物（或動物）也需要驗(yàn)證轉(zhuǎn)入的外源性基因已經(jīng)穩(wěn)定地表達(dá)后才會推廣種植（養(yǎng)殖），但是，轉(zhuǎn)基因的方式?jīng)Q定了轉(zhuǎn)基因作物（動物）在未來的種植（養(yǎng)殖）過程中具有不穩(wěn)定性，表現(xiàn)在幾個方面，即基因的超強(qiáng)度或超量表達(dá)、基因序列的不精確和容易變異。

轉(zhuǎn)基因通常需要一個轉(zhuǎn)基因工具箱，里面含有幾種零件，如啟動子、內(nèi)含子和終止子。啟動子是控制基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄）的起始時(shí)間和表達(dá)程度的一種基因，就像開關(guān)一樣決定基因的活動。內(nèi)含子是阻斷基因線性表達(dá)的一種基因，在選擇性剪接方面扮演重要角色，一個基因可以因此而產(chǎn)生多種不同的蛋白質(zhì)。終止子是指終止核糖核酸（RNA）轉(zhuǎn)錄的一種基因。

雖然正常的作物中含有幾萬個基因，但它們并不都處于活躍的表達(dá)狀態(tài)。一個基因是否表達(dá)以及表達(dá)到何種程度，取決于所在細(xì)胞或組織的整體需要，這就首先要通過一個啟動子來開啟。要向受體作物轉(zhuǎn)入一個外源性基因，就必須配置一個特定的開關(guān)（啟動子）。

但是，這個配備的啟動子是按操作者的意愿來控制的，為了讓轉(zhuǎn)入的基因表達(dá)，就需要這個啟動子來驅(qū)動所轉(zhuǎn)入的基因的超強(qiáng)度表達(dá)。這種超強(qiáng)度表達(dá)顯然是獨(dú)立于受體植物細(xì)胞本身的自然調(diào)節(jié)機(jī)制，而且這種轉(zhuǎn)入的啟動子也有可能在無意中打開一個原本不該活躍的基因，或使得受體植物的基因組中原本有的特定表達(dá)程度的基因會大大地增強(qiáng)表達(dá)程度。因此，這會讓受體植物的基因不再受制于自身的自然調(diào)控，會因失控而產(chǎn)生非預(yù)期后果。而且，由于轉(zhuǎn)入基因的過度表達(dá)，可能會讓轉(zhuǎn)基因編碼的蛋白超量，從而在擁擠的細(xì)胞質(zhì)里面堆積大量的異源垃圾蛋白但又無法清除，最終干擾受體植物（動物）細(xì)胞的正常生理功能。

另外，為了增強(qiáng)外源性基因的表達(dá)效果，操作者還往往在轉(zhuǎn)入的外源性基因中加入一小段內(nèi)含子，這段內(nèi)含子通常加在啟動子和基因編碼區(qū)域之間，這也使得轉(zhuǎn)入的外源性基因會產(chǎn)生其他的表達(dá)，生成額外的蛋白產(chǎn)品，并引發(fā)意外。

終止子被安置于所轉(zhuǎn)基因的終止處。大多數(shù)轉(zhuǎn)基因作物中所用的終止子叫NOS終止子。但是，這種人工配置的終止子常常會出錯，不會如操作者的意愿那樣恰當(dāng)?shù)亟o出終止指令，結(jié)果會導(dǎo)致核糖核酸的超長度轉(zhuǎn)錄。超長的核糖核酸中既有對所轉(zhuǎn)基因DNA的轉(zhuǎn)錄，又包含了在其后面鄰接的基因片段的轉(zhuǎn)錄。因此，轉(zhuǎn)基因作物中產(chǎn)生的超過預(yù)期長度的核糖核酸可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的不知功能和性質(zhì)的核糖核酸或其他蛋白產(chǎn)品。

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