來，跟著院士研修轉(zhuǎn)基因
——記2018國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)大會(huì)上的前沿生物技術(shù)科普課堂

“轉(zhuǎn)基因不是魔鬼，也不是亡國滅種的陰謀，它只是一項(xiàng)高新的科學(xué)技術(shù)?！?中國農(nóng)村雜志社總編輯雷劉功在第七屆全國媒體記者轉(zhuǎn)基因報(bào)道研修班上致辭道。

研修班舉行之際，2018年國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)大會(huì)同時(shí)在山東濰坊召開，三位院士和三位頂尖外籍專家主持了這場生動(dòng)的前沿生物技術(shù)的科普“課堂”。

轉(zhuǎn)基因?yàn)楹挝铮?/h2>

我們今天所吃的農(nóng)產(chǎn)品到底是如何產(chǎn)生的？中國科學(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)介紹，最初的作物育種技術(shù)是馴化。以水稻為例，野生水稻是匍匐生長，成熟后的野生水稻會(huì)掉粒，以方便繁衍后代。通過改變其中一個(gè)基因的活性，野生水稻被馴化為如今我們所食用的栽培稻。水稻從“趴”在地上變成了直立生長。

曹曉風(fēng)進(jìn)一步解釋：今天的農(nóng)產(chǎn)品絕大多數(shù)都是人類通過長期馴化與人工選育的結(jié)果。人類對能遺傳的變異加以有意識地選擇、分離和繁殖，最終便將野生植物馴化成栽培價(jià)值更高的作物類型，變得更易為人們利用。

除了馴化，雜交育種是另一種改變生物基因的方式?！巴ㄟ^誘變育種，使基因百萬倍或者億萬倍變化，據(jù)此來選擇我們所需要的性狀，大大提高了可選性狀的范圍，增加作物種類?！泵绹茖W(xué)院院士、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院教授鄧興旺介紹道。

“馴化是有什么我就用什么，誘變育種是誘導(dǎo)出新的東西。而轉(zhuǎn)基因育種是我們引入植物中本來沒有的基因。譬如，牛身上有個(gè)好東西，植物怎么也用不上。轉(zhuǎn)基因可以把牛的基因放到植物里面去，或者把細(xì)菌的基因放到植物里面，跨物種利用起來。”

曹曉風(fēng)表示，“轉(zhuǎn)基因技術(shù)是將人工分離和修飾過的優(yōu)質(zhì)基因，導(dǎo)入到生物體基因組中，從而達(dá)到改造生物的目的。由于導(dǎo)入基因的表達(dá)，引起生物體的性狀發(fā)生改變，這一技術(shù)被稱為人工轉(zhuǎn)基因技術(shù)。該技術(shù)可以增加人們所期望的新性狀，培育出新品種。”

但是，轉(zhuǎn)基因并不是直接把其他物種的基因注入植物的基因組里，而是利用大自然的轉(zhuǎn)化體系，“鬼斧神工”地完成這一過程。鄧興旺進(jìn)一步介紹，20世紀(jì)初，人們在研究植物腫瘤時(shí)發(fā)現(xiàn)了農(nóng)桿菌。“農(nóng)桿菌使植物在根和莖的交界處經(jīng)常長瘤子，細(xì)胞沒有控制地分裂，稱為植物根瘤。”

農(nóng)桿菌通過侵染植物傷口進(jìn)入細(xì)胞后，把自己的一小段環(huán)形DNA，從自身一個(gè)細(xì)胞里面轉(zhuǎn)出來，最終轉(zhuǎn)移整合到植物基因組中。農(nóng)桿菌是一種天然的植物遺傳轉(zhuǎn)化體系，被譽(yù)為“自然界最小的遺傳工程師”。20世紀(jì)70年代末，科學(xué)家們在弄清其原理后，便研究將該技術(shù)應(yīng)用到育種中?！艾F(xiàn)在大部分轉(zhuǎn)基因植物的產(chǎn)生都是應(yīng)用這個(gè)方法。” 鄧興旺說道。

如何看待轉(zhuǎn)基因作物？

“吃了轉(zhuǎn)基因會(huì)不育”“美國人不吃轉(zhuǎn)基因”“圣女果和彩椒是轉(zhuǎn)基因”等謠言曾廣泛傳播，人們也因此談轉(zhuǎn)基因“色變”。

對此，發(fā)展中國家科學(xué)院院士、北京大學(xué)中國農(nóng)業(yè)政策研究中心主任黃季焜表示，自1996年轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化種植以來，到目前為止，全球尚未發(fā)現(xiàn)一例身體健康問題與轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品有關(guān)。

而就美國人到底吃不吃轉(zhuǎn)基因這一問題，鄧興旺給出了一組數(shù)據(jù)：美國人轉(zhuǎn)基因作物種植面積中，轉(zhuǎn)基因大豆和玉米種植面積占總面積的百分比分別為94%和96%?！皩?shí)際上美國人是肯定吃的，不吃就會(huì)餓死?！?/p>

市面上一些“另類”的蔬菜、水果、作物和花卉，如玉米花斑粒、番茄果實(shí)由圓形伸長為橢圓、白色葡萄等等，常被一些人誤傳是“轉(zhuǎn)基因”的。對此，曹曉風(fēng)辟謠道：這是由于我們生活中經(jīng)常吃的多種蔬菜、水果、糧食以及花卉中轉(zhuǎn)座子跳躍造成的天然“轉(zhuǎn)基因”現(xiàn)象。

20世紀(jì)50年代，美國女科學(xué)家芭芭拉·麥克林托克在研究玉米花斑籽粒的時(shí)候首次發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座子的存在。“轉(zhuǎn)座子是可以‘跳躍’的序列，可以從基因組的一個(gè)位置跳到另一個(gè)位置，從而產(chǎn)生重復(fù)序列。轉(zhuǎn)座子跳躍會(huì)產(chǎn)生好的影響和壞的影響，其中品質(zhì)優(yōu)良的轉(zhuǎn)座子跳躍現(xiàn)象被人工選擇或者自然選擇保留下來?！辈軙燥L(fēng)總結(jié)道。

曹曉風(fēng)以玉米花斑籽?，F(xiàn)象為例對“轉(zhuǎn)座子”進(jìn)一步解釋：玉米的基因組里有一個(gè)控制花青素合成的基因，當(dāng)有一個(gè)轉(zhuǎn)座子發(fā)生跳躍，插入到花青素基因的位置時(shí)，便破壞了該基因的表達(dá)，所以玉米籽粒就呈現(xiàn)黃色或白色。由于轉(zhuǎn)座子不穩(wěn)定，其還有可能跳走，若第一個(gè)細(xì)胞分裂時(shí)便跳走了，花青素基因表達(dá)，整個(gè)籽粒都會(huì)呈現(xiàn)紫色。若在玉米籽粒生長的中途轉(zhuǎn)座子跳走，那么后續(xù)的細(xì)胞再分裂就呈現(xiàn)紫顏色，而之前的細(xì)胞則為白色或黃色，所以便出現(xiàn)花斑籽粒。玉米的花斑籽粒也是一種天然的“轉(zhuǎn)基因”現(xiàn)象。

對于轉(zhuǎn)基因技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，黃季焜教授指出，從現(xiàn)在國家農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)來看，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可提高產(chǎn)量、降低成本、減少進(jìn)口，“對保障食物安全只有好處沒有壞處”。他表示，轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)能夠大幅度減少農(nóng)藥施用量，節(jié)省大量水資源，在提高單產(chǎn)的同時(shí)節(jié)省土地資源。

1999年，黃季焜在山東和河北開展轉(zhuǎn)基因抗蟲棉農(nóng)藥施用調(diào)研。當(dāng)時(shí)不種轉(zhuǎn)基因棉花的農(nóng)民，每個(gè)生長季節(jié)需要打農(nóng)藥20次，而種植轉(zhuǎn)基因棉花的農(nóng)民，農(nóng)藥施用減少了13次。而后，黃季焜又對整個(gè)華北地區(qū)進(jìn)行調(diào)研，直至2012年，農(nóng)民減少農(nóng)藥施量次數(shù)為10～14次不等。

國際作物科學(xué)協(xié)會(huì)CropLife International董 事Graham Brookes補(bǔ)充，作物生物技術(shù)有利于推動(dòng)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，減少溫室氣體的排放。“在南美由于這種轉(zhuǎn)基因耐除草劑的使用，讓我們的農(nóng)民很好地控制了雜草的問題，從而促進(jìn)了免耕系統(tǒng)。經(jīng)過這種生物技術(shù)的使用，我們在2016年二氧化碳的排放量減少達(dá)到29億千克，相當(dāng)于我們的公路上每年減少1675萬輛汽車，這比英國每年登記數(shù)量的一半還要多?！?/p>

探索全新的育種方式

2013年，全新的育種方式——基因編輯育種出現(xiàn)?；蚪M編輯技術(shù)是指對基因組的已被搞清楚的特定DNA序列進(jìn)行編輯，實(shí)現(xiàn)對特定DNA片段的刪除、添加等。

曹曉風(fēng)認(rèn)為，該技術(shù)的出現(xiàn)，有望實(shí)現(xiàn)快速有效的分子設(shè)計(jì)育種，極大地加快育種的進(jìn)程，“基因編輯技術(shù)的研究和應(yīng)用是目前生命科學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)。利用它，已經(jīng)獲得了防止褐化的白蘑菇、含有高支鏈淀粉的玉米和高油酸的大豆等產(chǎn)品”。

目前，我國科學(xué)家已成功將基因編輯技術(shù)應(yīng)用在水稻、玉米、大豆和馬鈴薯等植物中，使得農(nóng)作物定向分子育種成為可能。曹曉風(fēng)強(qiáng)調(diào)，該技術(shù)精度更精確，基因組中無新片段的插入，美國、加拿大、智利、日本、以色列等國家已將部分基因組編輯作物歸為非轉(zhuǎn)基因作物。

“國家法律和政策的制定是需要一個(gè)過程的，目前國家對基因編輯技術(shù)、包括對轉(zhuǎn)基因宣傳，都是正面的，同時(shí)也是謹(jǐn)慎的?！辈軙燥L(fēng)在答記者問時(shí)表示。