你准备好面对新型“转基因”水果了吗?

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在大众还纠结于现有转基因食品的时候,分子生物学家们已经在很多方面取得了新的突破。今天,几位意大利科学家在《生物技术趋势》(Trends in Biotechnology)杂志上发表文章,讨论了跨时代的“基因编辑”(Genetically Editing)技术在水果上的应用前景。

常规转基因技术的做法都是将外源基因通过载体转入到作物内,以改善作物的某项特质。而随着人们对生物工程技术的进一步深入研究,不用转入外源基因的基因编辑技术已经可以满足很多产品改良上的需要了。

一些人认为转基因作物(genetically modificated organisms,GMO)可能会带来未知的不良后果,这一方面是因为转入了外源基因,另一方面是因为转基因过程的一些残留(譬如外源基因的插入位置,以及转基因操作中在基因组上留下的碱基残留等,都被认为可能带来一些不确定性)。但是基因编辑作物(genetically edited organisms,GEO)中似乎不存在这些问题:首先,GEO中并不转入外源基因,一切都是基于作物本身基因的调整;其次,因为生物技术的发展,研究人员可以精确地在植物基因组上的特定位置进行操作,而且不留任何痕迹。

与传统的转基因技术相比,这些新型手段虽然看起来可能相对保守,但是依然是有效的。例如想要制造出维生素A含量更高的“超级香蕉”,其实只要调整几个原有的基因,让产生维生素A的蛋白表达更多即可;而如果想要苹果切开之后不再很快变成褐色,只要通过调控相关基因的表达量,减少苹果中多酚的合成,就可以达到目的。

文章作者之一,意大利圣米歇尔农业研究所的奇达南达·坎齐斯瓦米(Chidananda Nagamangala Kanchiswamy)表示:“避免外源基因的引入,至少能够使得基因编辑作物看上去比传统转基因作物更‘天然’一些。”实际上,基因编辑和千万年来人类对水果的选育过程没有本质的差别——让酸涩不堪的野生水果变成香甜可口的现代水果的过程,无非就是通过杂交选育的手段改变植物基因组,以达到增加其中的糖分含量,减少有机酸产生的目的而已。只是新技术可以使这一进程进行得更快、更具有针对性。

这种听上去有些梦幻的基因编辑技术,真的距离我们已经很近了。一方面越来越多的水果基因组被测定,对植物基因功能的研究也越来越深入;另一方面大量新的分子生物学技术投入应用,使得很多之前科学家们想都不敢想的“魔法”成为了现实。而在所有技术突破中,最核心的无疑是一系列可以量身定制的限制性内切酶投入应用,包括锌指核酸酶(Zinc-finger nucleases,ZFNs)、转录激活因子样效应物核酸酶(transcription activator-like effector nucleases,TALENs)以及以规律成簇间隔短回文重复序列及相关基因为基础的RNA介导的DNA内切酶(clustered regulatory interspaced short palindromic repeat/Cas-based RNA-guide DNA endonucleases,CRISPRs)等等。配合测序技术的进展,这些新型内切酶可以“完美”地增删作物基因组的序列,在任何想要编辑的位置。

基因编辑中可能采用的三大内切酶技术。图片:参考文献1

当然,目前这些技术尚未应用在水果之上。大部分转基因水果采用的还是传统的农杆菌转化的方法——除了番木瓜获得部分批准之外,其他品种均无法在欧盟上市。不过研究人员表示,根据欧盟委员会与成员国监管机构的相关解释,通过基因编辑的植物都可以被认作是“非转基因”的,不论进行的操作是插入、删除还是改编目的基因。

坎齐斯瓦米和他的同事们表示,水果只是基因编辑技术未来应用中的一个方向,这项技术的应用空间显然更加广阔。要知道这项技术不仅能够提供高质量的作物品系,更重要的是,即便在这个面对巨大争议的领域,它依然能提供符合大众心理预期的产品。

“我们希望大家能够明白,现代生物技术能够培育的不止是转基因作物,”坎齐斯瓦米表示,“转入外源基因只是我们改善作物的第一步,在可持续农业风潮中,我们的‘天然’基因编辑作物,或许是先进生物技术付诸实践的一种有效策略。”(编辑:窗敲雨)

参考资料

  1. Kanchiswamy CN et al (2014). Looking forward to genetically edited fruit crops. Trends in Biotechnology.
  2. EurekAlert: Coming soon: Genetically edited fruit?

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