《转基因与基因编辑植物的比较》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: zhangyi8606
  • 发布时间:2018-12-26
  • 人们很容易看到大量高档餐厅和杂货店推销非转基因生物产品,并得出结论,食用转基因生物对你的健康有害。反转基因运动有效地激起了人们的恐惧和忧虑,其经常援引令人怀疑的“科学”理论,并遵循“预防原则”,就是说即使没有可信的科学理由来避免转基因食品,它们仍然应该被避免,因为未来某个时候可能会发现其缺点。这个组织严密、资金充足的反转基因运动有效地淹没了支持转基因组织的论点,包括对农业可持续性的重大全面改善。

    一些反对转基因运动的人士认为,有必要对某些育种技术(包括基因编辑)进行更多的审查和监管。欧盟最近裁定,基因编辑作物在监管方面应该像转基因生物一样对待,这引起了更大的混乱。

    欧盟的这项裁决要求使用CRISPR和其他基因编辑工具创建的植物与转基因生物相同,并受到同样严格的规定。但是,该裁决也有一个例外,不包括使用具有长期安全记录的常规诱变技术开发的植物。

    这项裁决令人头疼,迫切需要理解所涉及的科学。那么,什么是基因编辑?它与转基因或转基因作物有什么不同吗?如果基因编辑的作物无法与传统植物育种培育的作物区分开来,那它们又如何被调控呢?

    基因编辑和创造转基因生物是有区别的。理解这种区别对于做出对消费者和投资者以及对全球粮食供应的未来有利的选择至关重要。从对诱变作用的更好理解开始。

    突变作为鉴定优良植物品种的历史手段

    事实是:只要我们吃植物,我们人类就食用转基因食品。

    自发突变-DNA中的变化或突变-总是自然发生的。这是由于自然辐射,如紫外线或宇宙射线,化学反应,或DNA复制错误。当DNA的这种化学变化发生在植物编码重要信息的基因组的一部分时,这种变化通常是有害的。但有时,这种改变是有益的,并且由此产生的突变植物比其亲本更好。

    人类已经选择改良的突变植物至少9000年了。包括玉米、西瓜和桃子在内的现代作物与它们的野生祖先有着根本的不同,这是人类长期选择优质作物进行植物育种的结果。早期的农民会选择具有有利突变的作物系,如更大的谷物、更美味的水果,或其他理想的特性(比如,一种大葫芦可用作容器)。年复一年,最好的植物种子被保存和重新种植。农民们总是在寻找好种子,就像今天一样。经过多代人的杂交育种农民创造了遗传改良和更强壮、产量更高的作物。从本质上讲,几千年来,农民一直在对作物进行基因改造,至少是通过选择突变体和仔细杂交不同品种。

    这些传统的方法今天仍在使用。此外,近90年来,植物育种家采用了新的方法来提高产生突变的效率,目的是选择改良的品种。从1930年左右开始,包括X射线、伽马射线、紫外线和中子在内的各种辐射被用于“诱变”植物种群,以产生高频率的诱变植物突变体,育种者可以从中选择。从20世纪40年代开始,芥子气和类似的化合物被用作另一种产生突变体的方法。甚至在今天,化学物质如甲烷磺酸乙酯(EMS)和类似的化合物通常被用来产生突变体植物群体。这些方法是有用的——2004年发表的一篇高被引文章估计,来自诱变群体的2250多种植物品种已经公开。

    “自发”或“诱导”植物突变的一个关键方面是突变的过程是随机的。现在,有一些为植物引入变异的方法不是随机的,而是高度计划的。

    这些是精密的基因编辑工具,如CRISPR/Cas9、归巢核酸内切酶(“巨核酸酶”)、寡核苷酸定向诱变和锌指核酸酶,它们都可以用来产生突变,这些突变与自发或诱导群体所鉴定的突变无法区分。

    引导理想的突变

    我们正在基因组测序和分析技术上经历着快速的进步,价格急剧下降,能力也逐年增加。这意味着植物科学家和育种家能够识别出关键需要的突变,而这些新的基因编辑工具能够对植物品种进行精确的编辑。相对于开发突变体品种和将多个期望的突变组合成同一植物品种所需的传统植物育种步骤,这在时间和资源上具有很大的优势。利用该技术对植物进行改良有着重大的兴趣,包括Calyxt、Precision Biosciences和Pairwise在内的公司都致力于利用基因组编辑来开发和交付改良的植物品种。

    虽然这些工具中的每一个都有不同的机制,但是改变本身原则上与自发的、自然的突变是无法区分的。在最终产品中,没有异物的痕迹残留,并且编辑过的生物体的基因组基本上与以前相同。

相关报告
  • 《转基因植物何时不是转基因植物?》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:丁倩
    • 发布时间:2016-09-23
    • 从锌指核酸酶(ZFN)到转录激活因子样效应因子核酸酶(TALEN),再到CRISPR,最近开发的基因组编辑方法激起了如何管控转基因(GM)作物的争论。例如,加拿大仍坚持其原则,无论使用什么技术,只要引入一个新性状,植物就应作为转基因被管制。但到目前为止,美国农业部从其转基因生物管理条例中剔除了由TALEN和CRISPR改良的植物。欧盟仍在斟酌这个问题。
  • 《利用基因编辑技术(CRISPR)加速植物驯化》

    • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者:李楠
    • 发布时间:2017-11-28
    • 哥本哈根大学(University of Copenhagen)迈克尔·帕尔格伦(Michael Palmgren)团队的研究人员认为,理论上,人们会利用那些经过几千年驯化、突变形成的作物性状,如减少苦味和促进收获的特质,来诱导未经培植的作物。在现存的30多万种作物中,仅水稻、小麦、玉米三种作物就占据了人类食物消费量的绝大部分,原因之一是这些作物在农业史上经历突变后变得最容易收获。基因编辑技术(CRISPR)出现后,人们就无需等待大自然来帮助驯化植物。 在3月2日发表于《植物科学趋势》(Trends in Plant Science) 的一篇评论中,迈克尔·帕尔格伦团队阐述了利用基因编辑技术使野生豆类、藜麦及苋菜这类性状稳定、营养丰富的作物品种变得更加适于耕种。 迈克尔·帕尔格伦团队通过研究证实了,通过基因编辑方式能够加速某些作物的驯化。为了不破坏自然而又受益于自然界已有的创造,使用不太精确的基因编辑方式,已经成功地加速某些作物的驯化过程。例如,利用化学诱变来诱导垂枝稻草——澳大利亚国产大米野生亲本的随机突变,可提高其成熟后保持籽粒的能力。野生杂草水芹,在其脂肪酸合成过程中,通过RNA干扰技术沉默某基因的表达,从而提高种子油质量。从化肥中流走的多余氮是农田中一种常见污染物,而野生豆类通过与细菌共生可以将大气中的氮转化为自己的肥料,因此,利用基因编辑技术驯化更多此类植物,可以帮助解决因农药过量使用而引起的农业环境污染问题。 加速驯化与作物基因编辑面对相似的伦理、经济、法律问题,但是基因编辑技术是删除现有的基因,而非从另一个生物体获取。研究人员希望随着需求的日益增长,公众能够接受在食品供应中广泛应用基因编辑技术,最终推动农业发展。 (编译 李楠,编审 张学福)