轉(zhuǎn)基因，從農(nóng)民獲益到口味營養(yǎng)的升級之路

朱機(jī)

用阿納斯塔西婭· 博德納爾（Anastasia Bodnar）的話來說，開發(fā)第一批經(jīng)過基因改造的農(nóng)作物時，“我們仿佛看到了火箭噴氣背包”──未來的超級營養(yǎng)作物將為菜籃子帶來奇異的產(chǎn)品，喂飽這個饑餓的世界。博德納爾是非營利轉(zhuǎn)基因技術(shù)倡導(dǎo)組織生物強(qiáng)化（Biology Forti?ed）的生物技術(shù)專家。

可是直到目前為止，她說，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的大部分好處是由農(nóng)業(yè)公司所獲得──為它們盈利的，幾乎都是經(jīng)過基因改造過后，可以對殺蟲劑或害蟲有抗性的農(nóng)作物。種植這些作物，農(nóng)民可以獲得更高的產(chǎn)量，減少殺蟲劑的用量。

但問題是，這些進(jìn)步是普通消費(fèi)者感受不到的，博德納爾說。相反，這些進(jìn)步倒給反對轉(zhuǎn)基因的人火上澆油。反對者認(rèn)為，轉(zhuǎn)基因作物讓權(quán)力和利益集中在少數(shù)大公司手中，此外轉(zhuǎn)基因作物正是科學(xué)家無視危險，干涉自然的最佳例證。

不過，如今新一代轉(zhuǎn)基因作物走出實(shí)驗室、走向市場之際，情況將會改觀。從延緩變色的蘋果，到營養(yǎng)增強(qiáng)、可以改善貧窮國家人民飲食的“黃金大米”和亮橙色香蕉，一些新作物將解決新的問題。

新一代作物中，還有一些會用到更先進(jìn)的基因技術(shù)，可以更精確地“編輯”植物本身的基因組。用這樣的方法，就不太需要向經(jīng)濟(jì)作物中轉(zhuǎn)入其他物種的基因，而引入外源基因正是反轉(zhuǎn)人士的一個主要攻擊點(diǎn)。這樣一來，想必將會減少公眾對轉(zhuǎn)基因食品的不安。

不過也不一定。無論這些作物在實(shí)驗室里表現(xiàn)出的前景是多么美好，它們還必須通過辛苦、昂貴、精細(xì)的田間實(shí)驗來證明其優(yōu)勢，通過層層關(guān)卡，并且消除公眾通常會有的疑惑。最后一步并不容易，菲利普·波利諾（Philip Bereano）說。波利諾在華盛頓大學(xué)研究新技術(shù)的社會影響，他指出，有關(guān)轉(zhuǎn)基因生物的爭論涉及安全性、標(biāo)簽貼示、專利申請的倫理問題等方方面面。“大家都很在意給孩子吃了些什么，”他說，“這一點(diǎn)不會變的”。

盡管如此，絕大多數(shù)研究轉(zhuǎn)基因生物的人看來都信心十足地認(rèn)為，最嚴(yán)重的技術(shù)問題業(yè)已克服，未來是光明的。假如我們盼望的是轉(zhuǎn)基因食品的噴氣火箭時代，博德納爾表示，“現(xiàn)在就是時候”。

第一波轉(zhuǎn)基因作物主要面向的市場是農(nóng)民，目標(biāo)是讓他們工作更輕松，產(chǎn)量更高，利益更大。舉例來說，1996年，生物技術(shù)公司孟山都推出了他們第一個暢銷品種：“抗農(nóng)達(dá)”（Roundup Ready）。這是一個大豆品種，轉(zhuǎn)入了細(xì)菌基因，可以耐受孟山都公司生產(chǎn)的除草劑草甘膦（商品名“農(nóng)達(dá)”）。這意味著農(nóng)民們可以只需一種除草劑就能除掉大多數(shù)雜草，同時還不損傷莊稼。接著，很快出現(xiàn)了其他轉(zhuǎn)基因作物，包括孟山都公司的Bt棉花：這種棉花經(jīng)過了改造，可以產(chǎn)生一種能殺滅棉鈴蟲的毒素，從而減少殺蟲劑的用量。

農(nóng)民依然會是新一代轉(zhuǎn)基因作物的主力市場。譬如，在位于英國哈普敦的洛桑研究所，科學(xué)家正在開發(fā)一種新作物，種植這類作物所需的殺蟲劑比Bt棉花還少，甚至根本不用殺蟲劑。在這些作物中，起關(guān)鍵作用的是一種有警示性的外激素，某些野生植物品種在進(jìn)化過程中會產(chǎn)生這種外激素，模擬蚜蟲（溫帶地區(qū)最主要的作物害蟲）受到攻擊時釋放的化學(xué)警告信號。把表達(dá)這種化學(xué)防衛(wèi)物質(zhì)的基因轉(zhuǎn)入小麥后，會讓小蟲子們誤以為身陷危境，從而達(dá)到驅(qū)蟲的目的。和Bt棉花以及其他現(xiàn)有的轉(zhuǎn)基因生物不同的是，這種作物在防蟲的時候完全不需要用到殺蟲劑。

洛桑研究所的負(fù)責(zé)人莫里斯· 莫洛尼（Maurice Moloney）表示，目前正在進(jìn)行田間實(shí)驗。“在溫室里非常成功，”他說，“要是能讓它在田間起作用，我們就能充分利用這一點(diǎn)，使其變成穩(wěn)定的性狀，”以適用于大規(guī)模種植。莫洛尼說，他們希望以此為起點(diǎn)繼續(xù)拓展，在其他作物中尋找自然進(jìn)化出的其他保護(hù)和威懾因子，并研究如何增強(qiáng)或調(diào)控這些因子來對抗特定害蟲。“舉例來說，可以用一種揮發(fā)性的化合物，來威懾毛蟲、天牛之類的害蟲，”莫洛尼說，“有可能我們一旦弄出這樣的東西，應(yīng)用范圍之廣會非常驚人。”

從木薯到蘋果

很多研究轉(zhuǎn)基因作物的科學(xué)家正致力于那些不太被大公司關(guān)注的問題。比如在瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院，由赫爾夫· 范德休倫（HerveVanderschuren）領(lǐng)頭的植物生物技術(shù)課題組正在研究木薯，這是一種熱帶灌木，其塊莖在發(fā)展中國家作為主食。他說：“沒有人給這種作物的種植、改良等問題做大的投資。”

范德休倫的課題組正在做的研究是利用基因工程手段，將抵抗木薯褐條病毒的基因，插入天然就能抵抗木薯花葉病毒的自然突變體，從而得到對這兩種病毒都有抗病能力的木薯。范德休倫說，這種適應(yīng)于當(dāng)?shù)氐霓D(zhuǎn)基因作物是“我們在此處所做的研究中非常重要的一環(huán)”，而這點(diǎn)也是那些出售全球化商品的大型農(nóng)業(yè)公司極少愿意做的。范德休倫等人已成功培育出這種轉(zhuǎn)基因植物，目前正與非洲的大學(xué)合作安排田間實(shí)驗，以確認(rèn)它們能夠在田間生長。

發(fā)展中國家的農(nóng)作物研究有大部分是關(guān)注營養(yǎng)增強(qiáng)的問題，最著名的例子就是黃金大米。

大米是全世界半數(shù)人口的主食，黃金大米正是一種經(jīng)過改造的大米。它的獨(dú)特黃色來自添加的β-胡蘿卜素，也就是維生素A的前體，借以彌補(bǔ)很多東亞國家飲食中所缺乏的維生素A。自2000年第一代黃金大米問世，經(jīng)過多年的不懈努力，經(jīng)歷了反轉(zhuǎn)基因組織的諸多非難后，黃金大米目前已在菲律賓開展田間實(shí)驗。可以明確的是，黃金大米到2014年可以通過最終的監(jiān)管審批并到達(dá)農(nóng)民手中。

其他作物緊隨其后。澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)熱帶作物與生物用品中心負(fù)責(zé)人詹姆斯· 戴爾（James Dale）就在研究可抗黃葉病（真菌引起的香蕉枯萎），同時增加β-胡蘿卜素、鐵等營養(yǎng)元素的香蕉。他解釋說，在烏干達(dá)等非洲國家，“微量元素真的非常缺乏”，而香蕉是他們的主食。目前他們已在澳大利亞展開田間實(shí)驗。

盡管大部分新一代轉(zhuǎn)基因作物是以農(nóng)民為目標(biāo)，不過也有一部分針對的是食品生產(chǎn)鏈的下一個環(huán)節(jié)：食品加工商。譬如，美國農(nóng)業(yè)研究局（Agricultural Research Service）阿巴拉契亞水果研究工作站的分子植物生物學(xué)家克里斯· 達(dá)迪克（Chris Dardick）解釋說，傳統(tǒng)的李子很難加工，因為給李子去核時，往往會留下堅硬而尖利的碎片。他們目前剛開展的一項研究，是利用一種基本無核的常規(guī)育種李子，通過基因工程手段改造成完全無核的水果。“我們最關(guān)心的是這個東西能否被工業(yè)界和消費(fèi)者所認(rèn)可。從我們現(xiàn)在得到的反饋來看還是很不錯的。”他說。

接下來，就是直接面向最終消費(fèi)者而設(shè)計的轉(zhuǎn)基因食品了。先鋒之一是“北極蘋果”（Arctic Apple），它的特點(diǎn)是切開或啃咬后不會很快變成褐色。這也是拜轉(zhuǎn)基因所賜，插入的基因來自某些多酚氧化酶（蘋果變色的一種酶）水平較低的蘋果品種。

“我和太太本身都是蘋果果農(nóng)，蘋果的消費(fèi)量正在下跌，這讓我們很擔(dān)心。”尼爾·卡特（Neal Carter）說。卡特是加拿大奧卡諾根特種水果公司（Okanagan Specialty Fruits）的總經(jīng)理，這家公司正是北極蘋果的開發(fā)商。卡特說，超市里的蘋果漸漸被胡蘿卜等洗凈切條、開袋即食的瓜果所取代。如果蘋果也能加工成這樣的食品同時又不會變色的話，那就給食品工業(yè)帶來了大福利。要是蘋果效果好，卡特說，接下來還可以再做北極鱷梨、梨甚至生菜。

轉(zhuǎn)基因的下一步

迄今為止，轉(zhuǎn)基因研究依靠的技術(shù)雖已成熟但相對粗放，例如“基因槍”，就是在納米金顆粒外面包上來源于其他生物的DNA，然后打入目標(biāo)植株的細(xì)胞，使DNA隨機(jī)插入植株的基因組。新的工具可以提高基因改造的精確度。舉例來說，轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶（transcription activator–like effector nucleases，簡稱TALEN）和鋅指核酸酶（zinc-

ngernucleases，簡稱ZFN）能夠按人所需在DNA的特定位置剪切。控制DNA缺口的修復(fù)，就可以在精確的位點(diǎn)引入、單個核苷酸甚至是整段基因，美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的丹· 沃伊塔斯（Dan Voytas）說，而他使用的也是這種技術(shù)。“正因為能夠明確基因插入的位置，我們可以知道外源基因在染色體的哪一段”。因此，研究人員可以在基因組上，選擇一個讓新基因表達(dá)的最好位點(diǎn)，并盡量減少對植物自身基因組的干擾。沃伊塔斯小組用鋅指核酸酶改造煙草植株，轉(zhuǎn)入了抗除草劑基因；還有些研究組利用鋅指核酸酶，把抗除草劑的基因轉(zhuǎn)入玉米，或用轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶，把水稻中與白葉枯病有關(guān)的基因剪切下來。

但沃伊塔斯表示，這些技術(shù)的“真正威力”在于，能夠通過修飾植物的原有基因而給植物帶來新的性狀。譬如，研究人員想要獲得抗旱植物時，可以不用給植物轉(zhuǎn)入耐旱細(xì)菌的基因，而是調(diào)整植物自身的多個基因，從而達(dá)到使其在干旱環(huán)境存活的目的。“實(shí)際上，技術(shù)的下一步發(fā)展將是同時導(dǎo)入和調(diào)節(jié)多個基因。”他說。德雷克· 揚(yáng)茨（Derek Jantz）是美國生物技術(shù)公司Pescision BioSciences的合伙創(chuàng)始人之一，他對改造植物本身的基因也很感興趣。孟山都公司在培育抗農(nóng)達(dá)作物時，向作物轉(zhuǎn)入了細(xì)菌的EPSPS基因，而實(shí)際上，所有植物都含有類似的基因，也就是說，修改植物自帶的這個基因而不是轉(zhuǎn)入外源基因，應(yīng)該也有可能產(chǎn)生抗除草劑的效果。和其他轉(zhuǎn)基因公司的研究人員一樣，揚(yáng)茨出于商業(yè)機(jī)密的考慮而不愿多談具體的研究項目。但概括說來，他表示，“我們現(xiàn)在想做的，是充分利用隨時可用的功能基因組學(xué)數(shù)據(jù)”。

基因育種

有一些研究人員在利用基因改造手段，加快傳統(tǒng)育種技術(shù)的發(fā)展。阿巴拉契亞水果研究工作站的植物科學(xué)家拉爾夫· 斯科扎（Ralph Scorza）所領(lǐng)導(dǎo)的小組正在培育轉(zhuǎn)基因李樹。改良李樹只能在溫室中生長。而在插入了楊樹的基因后，它們會比傳統(tǒng)李樹的開花時間早且長。也就是說，研究人員能夠全年育種，這樣一來，只需幾年時間就能用篩選、雜交等傳統(tǒng)技術(shù)培育抗病性狀，而不是像過去那樣，往往要用十年或更長時間。一旦培育出所需的性狀，

以前轉(zhuǎn)入的促使開花的基因可以再被敲除，這樣得到的新品種就不是轉(zhuǎn)基因植物了。采用這種“快速”育種策略，斯科扎等人正在致力于培育抗李痘病毒的李樹，并使果實(shí)的含糖量更高。這種做法也被其他地方的研究人員應(yīng)用于柑橘類植物。

美國監(jiān)管人員已經(jīng)提出，利用這些新技術(shù)改造的植物不含其他物種的DNA，要與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因作物區(qū)別對待。這或許也能減輕公眾的憂慮。加利福尼亞大學(xué)河濱分校的分子遺傳學(xué)家艾倫· 麥克尤恩（Alan McHughen）認(rèn)為，“我們完全有信心至少使一部分反對者改變態(tài)度”。

除此之外，博德納爾還提到，轉(zhuǎn)基因?qū)嶒炓埠茈y禁止。她指出，基因工程的門檻相對較低，“生物黑客”在車庫、家里就可以用細(xì)菌開展轉(zhuǎn)基因?qū)嶒灒嗤募夹g(shù)，未來也很容易用到植物或動物身上去。

“現(xiàn)在是越來越容易了。我覺得，人們渴求這種東西，”博德納爾說。“噴氣火箭背包，人人想要。我想現(xiàn)在是時候出現(xiàn)了。市場不給你由上及下地提供，那草根自會蓬勃發(fā)展。”（本文轉(zhuǎn)載自《環(huán)球科學(xué)》，轉(zhuǎn)載時標(biāo)題和文字略有改動。）