1、轉(zhuǎn)基因植物概述摘要： 當(dāng)前世界通用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物制備方法。 轉(zhuǎn)基因成果在研究和商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。 人們對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的擔(dān)憂及安全性論證。 轉(zhuǎn)基因植物攜帶的非邊緣性基因的潛在威脅。 植物轉(zhuǎn)基因沉默在生態(tài)方面的一些構(gòu)想。關(guān)鍵詞： 外源基因、 耐除草劑植物、 基因漂流、 實(shí)質(zhì)等同性、 轉(zhuǎn)基因沉默早在歐洲大航海時(shí)代，當(dāng)一些海員興致勃勃地向別人描 述他們所遭遇的各種奇形怪狀的生物時(shí)，總會(huì)有很多標(biāo)榜正 統(tǒng)的教士和貴族不屑一顧地嘟噥“上帝是不會(huì)創(chuàng)造蠢東西” 之類(lèi)的話語(yǔ)。現(xiàn)今，上帝離我們?cè)絹?lái)越遠(yuǎn)，而隨心所欲地創(chuàng) 造生物離我們?cè)絹?lái)越近。轉(zhuǎn)基因技術(shù)便是其中一種得力手 段。一、轉(zhuǎn)基因技術(shù) 所謂轉(zhuǎn)基因就是把外源基因整合到

2、動(dòng)植物基因組中 去。而轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和轉(zhuǎn)基因植物制備方法是不同的。1轉(zhuǎn)基因植物可通過(guò)原生質(zhì)體融合、細(xì)胞重組、遺 傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移、染色體工程技術(shù)獲得。轉(zhuǎn)基因植物或離體培養(yǎng) 的細(xì)胞可用來(lái)生產(chǎn)外源基因的表達(dá)產(chǎn)物，如人的生長(zhǎng)素、胰 島素、干擾素、白介素 2、表皮生長(zhǎng)因子、乙型肝炎疫苗等基因已在轉(zhuǎn)基因植物中得到表達(dá)2轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是按照預(yù)先的設(shè)計(jì)，通過(guò)細(xì)胞融合、 細(xì)胞重組、遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移、染色體工程和基因工程技術(shù)將外 源基因?qū)刖?、卵?xì)胞或受精卵，再以生殖工程技術(shù)，有 可能育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。但由于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物受遺傳鑲嵌性和雜 合性的影響，其有性生殖后代變異較大，難以形成穩(wěn)定遺傳 的轉(zhuǎn)基因品系。由此，我想到了曾廣為流傳的

3、一則新聞。 2001 年，美國(guó)科學(xué)家在英國(guó)人類(lèi)生殖雜志上發(fā) 表文章認(rèn)為女性不孕是因?yàn)樗齻兊木€粒體存在缺陷，因此他 們利用一種名為卵質(zhì)轉(zhuǎn)移的技術(shù)，從健康婦女捐獻(xiàn)的卵細(xì)胞 中提取出細(xì)胞質(zhì)，并注入不育婦女的卵細(xì)胞，使 30 名不孕 婦女中的 12 人正常懷孕，并生下健康嬰兒。而且科學(xué)家們 在檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中至少有兩名嬰兒攜帶有捐獻(xiàn)卵細(xì)胞的婦 女的額外遺傳物質(zhì)線粒體 DNA 。雖說(shuō)美國(guó)科學(xué)家認(rèn)為由于 嬰兒的基因和基因組并未被修改，因此這些嬰兒稱不上是 “轉(zhuǎn)基因嬰兒” 。因而，嘗試從受體動(dòng)物細(xì)胞中分離出線粒 體，以外源基因?qū)ζ溥M(jìn)行離體轉(zhuǎn)化，再將轉(zhuǎn)基因線粒體導(dǎo)入 受精卵，所發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物雌性個(gè)體外培養(yǎng)

4、的卵細(xì)胞與 任一雄性個(gè)體交配或體外人工授精，由于線粒體的細(xì)胞質(zhì)遺 傳，其有性后代可能全都是轉(zhuǎn)基因個(gè)體。 二轉(zhuǎn)基因技術(shù)現(xiàn)況2000 年，全球的轉(zhuǎn)基因作物面積已達(dá) 4420 萬(wàn)公頃， 幾乎相當(dāng)于英國(guó)國(guó)土面積的兩倍。其中抗除草劑大豆面積達(dá) 2580 萬(wàn)公頃， Bt 玉米有 680 萬(wàn)公頃，占全球 6 個(gè)種植國(guó) - 美國(guó)、加拿大、阿根廷、南非、西班牙和法國(guó)總面積的 15% 。 其它的 6 種轉(zhuǎn)基因作物占 10% ，它們包括： 耐除草劑雙低油 菜占 280 萬(wàn)公頃（ 6% ），抗除草劑玉米達(dá) 210 萬(wàn)公頃（5% ）， Bt 抗除草劑棉花為 170 萬(wàn)公頃（ 4% ），Bt 棉 150 萬(wàn)公頃 （3%

5、），Bt/ 耐除草劑玉米達(dá) 140 萬(wàn)公頃（ 3%）。同時(shí)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域也得到應(yīng)用： 美國(guó)科學(xué) 家最新公布的一項(xiàng)臨床研究結(jié)果表明，將阿爾茨海默氏癥患 者的皮膚細(xì)胞進(jìn)行基因改造，再移植到患者大腦中，能夠使 患者腦力衰減的速度顯著放慢。由此可見(jiàn)， 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用， 極大地減緩了糧食危機(jī)， 提高了醫(yī)療水平，但對(duì)于這樣一種有著諸多好處的一技術(shù)， 卻有不少人持反對(duì)態(tài)度。這引起我們下文的思考。三、轉(zhuǎn)基因食品的安全性 食品安全性是轉(zhuǎn)基因植物安全性評(píng)價(jià)的一個(gè)重要方 面。如果轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)產(chǎn)品具有實(shí)質(zhì)等同 性，則可以認(rèn)為是安全的。如“轉(zhuǎn)病毒外殼蛋白基因的抗病 毒植物及其產(chǎn)品與田間感染病毒的

6、植物生產(chǎn)的產(chǎn)品都帶有 外殼蛋白”，這類(lèi)產(chǎn)品被認(rèn)為是安全的。否則應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的 安全性評(píng)價(jià)。在進(jìn)行實(shí)質(zhì)等同性評(píng)價(jià)時(shí)，主要有兩方面。1 必須確保轉(zhuǎn)入外源基因或基因產(chǎn)物對(duì)人畜無(wú)毒。如轉(zhuǎn) Bt殺蟲(chóng)基因玉米含有 Bt 殺蟲(chóng)蛋白。要評(píng)價(jià)它的安全性，則應(yīng) 集中研究 Bt 蛋白對(duì)人畜的安全性。目前已有大量的實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)證明 Bt 蛋白只對(duì)少數(shù)目標(biāo)昆蟲(chóng)有毒，對(duì)人畜安全。2在自然條件下存在著許多過(guò)敏源。在基因工程中如果將 控制過(guò)敏源形成的基因轉(zhuǎn)入新的植物中，則會(huì)對(duì)過(guò)敏人群造 成不利的影響。如美國(guó)有人“將巴西堅(jiān)果中的 2S 清蛋白基 因轉(zhuǎn)入大豆，使大豆的含硫氨基酸增加”，因上述原因這個(gè) 產(chǎn)品不具實(shí)質(zhì)等同性。2003 年

7、我國(guó)進(jìn)口轉(zhuǎn)基因大豆達(dá)到 2000 多萬(wàn)噸，主要 用于榨油業(yè)。也就是說(shuō)，在發(fā)展中國(guó)家中國(guó)，人們已在不知 不覺(jué)中，大量消費(fèi)轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品了。然而，在轉(zhuǎn)基因大豆的主產(chǎn)國(guó)美國(guó)，轉(zhuǎn)基因大豆只用作 飼料。很明顯，對(duì)轉(zhuǎn)基因大豆安全性的擔(dān)憂是美國(guó)人拒絕食 用的重要原因。報(bào)載，英國(guó)一位研究人用轉(zhuǎn)基因土豆喂養(yǎng)實(shí) 驗(yàn)鼠 10 天后，其腎、脾和消化道都出現(xiàn)了損傷。而最近有 研究表明，北美的黑脈金斑蝶也深受轉(zhuǎn)基因技術(shù)之苦。美國(guó) 研制出可以抵抗歐洲玉米螟（含 BT 基因）的玉米，這種玉 米花粉被風(fēng)吹到附近的馬利筋葉子上，造成以馬利筋葉子為 食的黑脈金斑蝶的死亡。我們并不擔(dān)心食用轉(zhuǎn)基因食品而中毒。事實(shí)上，經(jīng)過(guò) 現(xiàn)代科學(xué)層層檢

8、驗(yàn)后的合格產(chǎn)品甚至比傳統(tǒng)食品更安全。轉(zhuǎn)基因的威脅主要在于它對(duì)生態(tài)平衡的影響，如“黑脈金斑 蝶死亡”事件，這種影響往往難以預(yù)料而又破壞力巨大，因 此我們必須防患未然。四、轉(zhuǎn)基因植物與生態(tài)平衡 轉(zhuǎn)基因植物克服了植物有性雜交的限制，基因交流的 范圍無(wú)限擴(kuò)大，可將從細(xì)菌、病毒、動(dòng)物、人類(lèi)、遠(yuǎn)緣植物 甚至人工合成的基因?qū)胫参?，以其為例，主要從三個(gè)方面 來(lái)考察它對(duì)自然的影響： 1若植物在獲得新的基因后增加其生存競(jìng)爭(zhēng)性，在生長(zhǎng)勢(shì)、 越冬性、種子產(chǎn)量和生活力等方面強(qiáng)于非轉(zhuǎn)基因植株，且在 自然生態(tài)條件下生存，就會(huì)演化成雜草，勢(shì)必會(huì)改變自然的 生物種群，打破生態(tài)平衡。2在自然生態(tài)條件下，有些作物會(huì)和周?chē)L(zhǎng)的近

9、緣野生 種發(fā)生天然雜交，從而將自身的基因轉(zhuǎn)入野生種。如果所轉(zhuǎn) 基因是一個(gè)抗除草劑基因，就會(huì)使野生雜草獲得抗性，增加 了雜草控制的難度，特別是多個(gè)抗除草劑基因同時(shí)轉(zhuǎn)入一個(gè) 野生種時(shí)，將會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果。但自然界物種為了保持 自身的穩(wěn)定性、 純潔性， 對(duì)遺傳物質(zhì)的改變是有嚴(yán)格控制的， 基因漂流僅限于種間或近緣物種之間。3通常所轉(zhuǎn)基因都與抗蟲(chóng)或抗病相關(guān)，其直接作用對(duì)象是 其它生物。 如大面積和長(zhǎng)時(shí)期使用， 昆蟲(chóng)有可能產(chǎn)生適應(yīng)性， 那時(shí)，我們無(wú)疑又處于一種類(lèi)似現(xiàn)今面對(duì)抗生素的怪循環(huán)之因此我們?cè)谵D(zhuǎn)基因植物上主要需防止基因外流和昆蟲(chóng)抗 性的產(chǎn)生?？捎貌挥耆缛扼w來(lái)解決前者，一般通過(guò)種植 一定比例的自然

10、植株，以延緩昆蟲(chóng)產(chǎn)生抗性。五、轉(zhuǎn)基因沉默人們對(duì)植物進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化的最終目的是讓轉(zhuǎn)基因在受體 植物基因組中得到穩(wěn)定整合并在當(dāng)代及其子代中得到有效、 穩(wěn)定的表達(dá)，但是由于存在多種影響因子和限制因素，使得 轉(zhuǎn)基因在受體植物中的表達(dá)往往事與愿違?，F(xiàn)實(shí)證明，轉(zhuǎn)基 因在受體植物中往往不能穩(wěn)定表達(dá)，有時(shí)甚至完全不表達(dá)， 既出現(xiàn)了所謂的轉(zhuǎn)基因沉默現(xiàn)象( transgene silencing )。 轉(zhuǎn)基因沉默是指利用遺傳轉(zhuǎn)化方法導(dǎo)入并穩(wěn)定整合進(jìn)受體 細(xì)胞中的完整的外源基因在當(dāng)代轉(zhuǎn)化體或在其后代中表達(dá) 受到抑制的現(xiàn)象。1 機(jī)理主要有：位置效應(yīng)(position effect )、轉(zhuǎn)錄水平的基因沉默(transcr

11、iptional gene silencing , TGS) 和 轉(zhuǎn) 錄 后 水 平 的 基 因 沉 默 ( post-transcriptional gene silencing ， PTGS )三種。1 )位置效應(yīng) ：位置效應(yīng)是指基因在基因組中的位置對(duì) 其表達(dá)的影響。外源基因進(jìn)入受體細(xì)胞核后首先整合到染色 質(zhì)上，其整合位點(diǎn)與表達(dá)有密切的關(guān)系。2)轉(zhuǎn)錄水平的基因沉默 ：轉(zhuǎn)錄水平的基因沉默是 DNA 水平上基因調(diào)控的結(jié)果，主要是由啟動(dòng)子甲基化或?qū)牖?異染色質(zhì)化所造成的。二者都和轉(zhuǎn)基因重復(fù)序列有密切關(guān) 系。3)轉(zhuǎn)錄后水平的基因沉默：轉(zhuǎn)錄后水平的基因沉默是RNA 水平基因調(diào)控的結(jié)果，比轉(zhuǎn)錄水平的基因沉默更普遍。 特別是共抑制( cosuppression )現(xiàn)象尤是研究的熱點(diǎn)。共 抑制是指在外源基因沉默的同時(shí)，與其同源的內(nèi)源 DNA 的 表達(dá)也受到抑制。2、轉(zhuǎn)基因沉默現(xiàn)象是生物遺傳工程商品化和實(shí)用化的 巨大障礙，如何減少并克服轉(zhuǎn)基因沉默已經(jīng)成為世界各國(guó)生 物界亟待解決的問(wèn)題。但是，為什么不換個(gè)角度去思考，別 總想著去征服什么，困難時(shí)可以去適應(yīng)他。既然轉(zhuǎn)基因沉默必然存在， 我們可以通過(guò)研究其機(jī)理， 尋 找植物本身被抑制的基因