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《转基因作物是食品的未来吗？（植物生物技术简介）》

  • 来源专题：转基因生物新品种培育
  • 编译者： zhangyi8606
  • 发布时间：2018-12-27

  • 从第一天起，绿色环球旅行（Green Global Travel）的使命就是学习如何更负责任和可持续地生活和旅行，然后与我们的读者分享这些知识。

    过去8年，随着我们网站的发展，我们对环境如何运作以及我们作为其管理者的人类角色的了解也在不断增长。随着环境的演变，随着气候变化、污染和物种损失的速度越来越快，用来应对这些大范围变化的科学技术也越来越快。

    当我们在2012年开始写转基因作物时，孟山都——我们称之为“美国农业的恶霸”——刚刚被联邦集体诉讼驳回。从2008年的纪录片《食品公司》开始，关于植物生物技术和转基因生物的争论才刚刚开始成为主流。

    在过去的10年里发生了很大的变化。干旱的天气条件、干旱、抗药性病虫害以及全球人口激增，已经导致日益严重的粮食危机，这些危机有望随着时间的推移变得更糟。毁灭性的饥荒正在影响着尼日利亚、索马里、南苏丹和也门等发展中国家的2000多万人。

    同时，在美国，关于转基因食品的争论还在继续。世界卫生组织的国际癌症研究机构将草甘膦（Roundup中的关键成分）归类为“可能对人类有致癌性”。孟山都公司输掉了阻止加利福尼亚州将草甘膦列为“加利福尼亚州已知的致癌物质”的官司。

    虽然大约一半的欧盟成员国已经完全禁止转基因生物，但是世界卫生组织、联合国粮农组织和美国医学协会都坚持转基因生物实际上是安全的。

    因此，当国际农业生物技术应用服务组织（ISAAA）向我们发送其最新报告时，我们决定进行调查，报告指出：“生物技术作物对环境以及人类和动物的健康提供了巨大的好处。”

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  • 《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。
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  • 《转基因植物新材料育种价值评估》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：zhangyi8606
    • 发布时间：2020-10-11
    • 作者：姜奇彦 胡正 孙现军 张辉 （中国农业科学院作物科学研究所） 引言 当前，以转基因育种为代表的生物育种技术发展迅猛，正在推动常规育种全面升级，引领育种产业发生重大变革。从研发进展来看，从基因克隆到新品种培育就像一个金字塔，众多实验室开展了基因克隆、功能分析及优异基因挖掘的研究工作，组成了转基因育种的重要基石。优异基因的遗传转化、转基因材料的创制和目标性状的功能效率评价，作为转基因育种的一个重要阶段承上启下。之后优异的转基因材料从实验室走向田间，完成小、中、大规模的中间试验、环境释放、生产性试验阶段，经受住严格的安全性评价，包括食品安全和环境安全，然后才可以申报安全证书。走到这一阶段的材料可以说是凤毛麟角了。但随着我国转基因研究成果的不断涌现，取得生物安全证书后的转基因植物是否可以作为种质资源利用，进入育种程序，它们的育种利用价值如何，还需要深入评估，才可以不断缩小克隆的基因与育种利用之间的差距，加速转基因作物新品种培育的育种进程。 顾名思义，育种价值评估就是对转基因材料进行育种利用价值进行评估，具体包括功能基因知识产权分析，育种利用价值评估，以及转基因新材料保存及育种价值评估信息管理等几个方面。 功能基因知识产权分析 转基因新材料育种价值评估和知识产权分析有什么关系呢？在世界各国加快培育生物产业、抢占生物经济发展先机的激烈竞争中，知识产权成为占领生物技术制高点，圈占世界生物遗传资源的有力工具。据不完全统计，主要发达国家和国际生物技术公司在农业生物技术领域部署的专利、品种权等知识产权数量估计在30万件以上。与跨国种业巨头相比，国内研究机构在知识产权拥有量，特别是核心功能基因的专利数量与质量上还存在较大差距，很容易陷入跨国公司的知识产权陷阱，从粮种源头丧失保障国家粮食安全的能力。面对发达国家远谋深虑的知识产权布阵设防，必须对我国重要性状基因的知识产权进行科学系统的分析，通过掌握这些重要功能基因在全球知识产权保护的范围、重点及趋势，设计出我国转基因农作物新品种培育、转基因育种成果产业化的合理发展路径，才能有效突破发达国家的专利封锁与围剿，培育出具有自主知识产权的功能基因和生物新品种，这样的转基因新材料才具有更高的自主创新性和更大的育种利用价值。 知识产权的分析包括很多方面，如转基因技术，克隆的基因，甚至包括转基因过程中用到的一些载体、菌株、启动子等。主要通过专利广泛检索获取原始数据，然后进行数据处理、分析和解读，进行知识产权分析，最终为我国的转基因事件提出规避专利纠纷的建议策略。如日本烟草公司（Japan Tobacco INC）建立的农杆菌介导的小麦遗传转化新技术的转化效率高达40%，给小麦功能基因的研究带来了革命性的发展机遇。如果使用该技术，需要从日本烟草公司购买该项专利技术的使用权，并签订相关的规范性文件。而遗传转化过程中用到的载体如pCambia3301、菌株如LBA4404和ubiquitin启动子都是在生物学研究常用的，不受专利保护。采用具有独立自主知识产权的愈伤组织特异性表达的启动子CP代替35S/Ubi来启动选择性标记基因的表达，可以回避因Monsanto公司持有35S启动子而可能产生的专利权纠纷。 转基因植物新材料育种价值评估 转基因生物育种是一项系统科学工程，包含基因克隆、遗传转化、转基因材料创制、新品种培育、产业化推广应用等环节。例如在杜邦先锋种业公司，将转基因生物技术发展归纳为七个阶段（A到G），包含A（New ideas）、B（Evaluate genetic approaches）、C（Optimize gene construct）、D（Create commercial event）、E（Commercial event to regulatory）、F（Breeding and testing）、G（Sell product），其中将E具有育种利用价值的“最佳转化事件”定为最重要的阶段。在我国也在不断加强基因和育种材料的利用价值评估工作，目的是筛选具有重要应用前景的基因和材料，并快速应用于新品种研发。 转基因植物新材料的育种价值评估主要针对目标性状，如抗病虫、抗逆、高产、优质等等。首先明确目标性状的鉴定技术，制定或完善转基因植物目标性状鉴定技术规范或技术标准，利用这些规范或标准对转基因植物新材料的育种利用价值开展综合评估，最终筛选出有重大育种价值的基因和转基因作物育种新材料，应用于转基因生物育种。 对于重大育种价值基因针对不同性状，我国也有初步的判定标准。总体来讲，转基因或分子标记辅助育种研究结果表明重大育种价值基因应该对目标生物的重要经济性状具有显著改良效果，但对其他性状无不良影响。具体举例来讲，如抗棉铃虫性状，参考国家现有棉铃虫抗性标准，抗性达1级以上；如小麦各类抗病性状，抗性达1级以上；如植物抗逆性状，在半致死剂量逆境条件下，与对照相比，转基因作物存活率提高10%以上；在正常环境下，对作物生长发育没有显著负面影响；抗除草剂性状，抗草甘瞵EPSP合酶基因，可以耐受4倍生产上使用剂量的草甘膦，抗草甘瞵N-乙酰转移酶基因，可以耐受4倍生产上使用剂量的草甘膦；作物高产性状，通过转基因或分子标记辅助选择在作物中进行了基因功能验证，提高作物产量5%以上；作物品质性状，极显著改进外观品质，如籽粒外观、加工品质、食味、营养价值等性状，极显著改进度量品质，如纤维长度、强度、细度；作物蛋白质、淀粉、油分、油酸和不饱和脂肪酸、赖氨酸、含硫氨基酸等性状，性状值提高5%以上。养分高效性状，能明显提高养分的吸收或利用效率，与对照相比，在产量不变的前提下，能减少5%-10%氮、磷或钾肥的用量，或在同等施肥条件下，产量比对照提高5%以上；光能高效性状，能明显提高目标作物的光能吸收或利用效率，与对照相比，光能利用效率或抗光氧化能力提高5%以上，或生物量/产量比对照提高5%以上。 对于转基因育种新材料需要具备目标性状表现突出、重要经济性状表现稳定的特点。举例来讲，抗白叶枯病转基因水稻，抗白叶枯病效果达到高抗。鉴定标准参照国际水稻研究所9级分级标准。耐盐转基因水稻，耐盐效果达到中抗以上，鉴定标准参照国际水稻研究所制定的9级分级标准制定。高产转基因水稻，与受体对照品种比较，产量增加10%以上；与区试对照品种比较，产量增加5%以上。抗逆转基因小麦，抗旱性达到极强或强水平，鉴定方法参照2008年农业部颁布实施的“小麦抗旱性鉴定评价技术规范”（GB/T 21127—2007）。高产转基因玉米，东北春玉米区，与受体对照品种比较，产量增加8%以上，与区试对照品种比较，产量增加6%以上；黄淮海夏玉米区，与受体对照品种比较，产量增加5%以上，与区试对照品种比较，产量增加3%以上；西南山地玉米区：与受体对照品种比较，产量增加10%以上；与区试对照品种比较，产量增加5%以上。针对不同的作物，不同的性状，都有各自初步的判定标准。 转基因新材料保存及育种价值评估信息管理 完成了对自主创新的新基因或转基因新材料的目标性状的评价似乎就完成了转基因作物育种价值评估过程。但从长远来讲，这些新材料的保存及信息、材料的共享利用，对于转基因材料在作物育种中的安全、广泛应用也很重要。 我国已建立了国家农作物种质资源库和保存中心，长期保存各类农作物基因资源39万余份，建立了农作物基因资源信息系统和农作物基因资源共享平台。国家种质库未针对转基因材料建立专门的保存设施，尚无转基因材料保存的相关技术标准，在保存手段上相对单一，不能较好地满足转基因材料的保存需求；现有的基因资源信息系统也未制定基因和转基因材料的相关数据标准，转基因材料的信息尚未进入基因信息数据库中，基因和转基因材料的信息，尤其是育种价值评估信息的共享几乎是空白，严重影响了转基因材料的深入和持续利用。许多转基因新材料未纳入国家种质资源保存体系，导致转基因材料分散于各研究单位或专家手中，不利于转基因材料的长期保存和利用，也容易引起潜在的基因污染。因此，迫切需要在国家农作物种质资源库的基础上建立转基因材料的国家管理和保存体系，对转基因材料进行集中编目、接收、检测、保存和分发利用，并建立基因和转基因新材料的数据库，开发信息管理系统，实施跟踪管理，并实现新材料与信息的社会共享。对转基因作物育种价值评估的范畴也应该包括对转基因材料保存的安全性、基因和转基因信息数据库的完善度、信息及材料共享利用的可行性等进行评估，为转基因材料在作物育种中的安全、广泛应用提供重要的保障。 当然，随着各种类型的转基因新材料的不断涌现，转基因新材料在作物育种应用中各种新问题的出现，以及育种家对转基因新材料应用的各种新要求的提出等，对转基因植物育种价值评估的内容及标准也会不断完善和更新，确保转基因新材料在未来转基因生物育种中发挥更重要的作用。
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