轉(zhuǎn)基因作物和基因編輯作物的比較

邸宏

作物新品種的選育實(shí)質(zhì)上就是創(chuàng)造變異和選擇變異的過程，無論是自然誘發(fā)的變異還是人工創(chuàng)造的變異，均源于基因和重組基因突變。基因重組發(fā)生在同一種生物體內(nèi)，由不同DNA鏈的斷裂和連接而產(chǎn)生基因的交換或重新組合，是常規(guī)雜交育種技術(shù)的理論基礎(chǔ)。而基因突變則是DNA在結(jié)構(gòu)上發(fā)生堿基對(duì)組成或排列順序的改變， 從而改變基因所包含的遺傳信息，這是現(xiàn)代分子育種技術(shù)的理論基礎(chǔ)。自然突變發(fā)生頻率較低，具有隨機(jī)性和不定向性，且通常是有害的，不能滿足育種的需求;采用雜交、自交等常規(guī)育種技術(shù)存在育種周期長(zhǎng)、效率低、遺傳資源狹窄等問題;以轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)為代表的現(xiàn)代分子育種技術(shù)迅猛發(fā)展，逐漸成為選育作物新品種的重要途徑。本文就這兩項(xiàng)技術(shù)的原理、管理規(guī)則、檢測(cè)方法和應(yīng)用前景進(jìn)行對(duì)比分析。

一、轉(zhuǎn)基因和基因編輯的原理

轉(zhuǎn)基因是將一個(gè)生物的基因?qū)氲搅硪粋€(gè)生物的基因組中，使其獲得新的性狀或具有新的功能，實(shí)現(xiàn)跨物種的遺傳物質(zhì)交流。外源基因插入位點(diǎn)大多是隨機(jī)的，在引入新基因的同時(shí)，還會(huì)給轉(zhuǎn)基因作物引入其他的一些“特征序列”，包括啟動(dòng)子、終止子、調(diào)控序列、標(biāo)記基因、報(bào)告基因等，這也是引起其安全性風(fēng)險(xiǎn)的原因之一。

基因編輯則以生物體內(nèi)的自身特定基因?yàn)槟繕?biāo)，應(yīng)用基因工程改造的核酸酶，在基因的特定位置發(fā)生雙鏈斷裂，誘導(dǎo)生物體通過自身的修復(fù)機(jī)制進(jìn)行修復(fù)，在修復(fù)過程發(fā)生靶向突變，幾個(gè)堿基的缺失導(dǎo)致基因失去功能的基因敲除技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，而大片段替換修復(fù)或改變基因功能的基因替換技術(shù)仍在研發(fā)中。基因編輯作物中不含有外來的核酸成分，實(shí)現(xiàn)了基因的靶向修飾。

二、轉(zhuǎn)基因作物和基因編輯作物的管理規(guī)則

美國(guó)作為全球第一個(gè)轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化的國(guó)家，政府大力支持轉(zhuǎn)基因技術(shù)，在1986《生物技術(shù)管理協(xié)調(diào)框架》構(gòu)建的監(jiān)管體系下，將轉(zhuǎn)基因作物視為一般的作物同等對(duì)待，由農(nóng)業(yè)部動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫局（APHIS）和環(huán)境保護(hù)局（EPA）對(duì)其進(jìn)行監(jiān)管。白宮于2019年6月11日發(fā)布了總統(tǒng)特朗普簽署的《農(nóng)業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品監(jiān)管框架現(xiàn)代化》的行政命令，要求美國(guó)農(nóng)業(yè)部、環(huán)保署和食品藥品管理局精簡(jiǎn)的法規(guī)和技術(shù)指南，對(duì)基因組編輯作物產(chǎn)品去除不必要的監(jiān)管措施，以促進(jìn)基因組編輯技術(shù)的應(yīng)用。

歐盟對(duì)轉(zhuǎn)基因作物及其產(chǎn)品管理極為嚴(yán)格，由歐盟食品安全局（ESFA）統(tǒng)一負(fù)責(zé)審批其成員國(guó)的轉(zhuǎn)基因作物種植、加工、進(jìn)口等，擁有全世界最為復(fù)雜的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品審批程序，目前僅有西班牙和葡萄牙兩個(gè)歐盟國(guó)家批準(zhǔn)商業(yè)化種植轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米。歐盟法院于2018年7月25日發(fā)布規(guī)定，基因編輯技術(shù)也需按轉(zhuǎn)基因作物的規(guī)則接受監(jiān)管。

我國(guó)政府自國(guó)務(wù)院于2001年5月23日頒布了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例》以來，已經(jīng)形成了一整套適合我國(guó)國(guó)情并與國(guó)際慣例相銜接的法律法規(guī)、技術(shù)規(guī)程和管理體系，農(nóng)業(yè)部組建了農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全委員會(huì)（簡(jiǎn)稱安委會(huì)），對(duì)在中國(guó)境內(nèi)從事的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物研究、試驗(yàn)、生產(chǎn)、加工、經(jīng)營(yíng)和進(jìn)出口等活動(dòng)依法實(shí)施全程安全管理，并建立了各環(huán)節(jié)的許可和標(biāo)識(shí)管理制度。針對(duì)基因編輯作物這一新鮮事物，正在研制相應(yīng)的管理辦法。

三、轉(zhuǎn)基因作物和基因編輯作物的檢測(cè)方法

如前所述轉(zhuǎn)基因作物在其創(chuàng)制過程中，不可避免的引入了一些非植物自身具有的“特征序列”，這些序列大多來自微生物，可利用分子生物學(xué)檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。常用方法包括DNA水平的PCR檢測(cè)法和蛋白質(zhì)水平的試紙條檢測(cè)法。PCR檢測(cè)法針對(duì)外來核苷酸序列設(shè)計(jì)特異引物進(jìn)行擴(kuò)增，根據(jù)擴(kuò)增產(chǎn)物的有無判斷作物是否含有轉(zhuǎn)基因成分。試紙條檢測(cè)法利用抗原抗體的免疫學(xué)特異反應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)，目前只針對(duì)部分抗除草劑基因和抗蟲基因開發(fā)了商業(yè)化的試紙條，大范圍應(yīng)用受到一定的限制。

基因編輯作物由于未引進(jìn)其他物種的DNA序列，基因敲除后的突變體只是缺失了幾個(gè)堿基，和自然突變以及用化學(xué)試劑、X-射線等人工誘變產(chǎn)生的突變體沒有區(qū)別，與常規(guī)育種的基因重組也無法區(qū)分，目前尚無成熟的檢測(cè)手段。

四、轉(zhuǎn)基因作物和基因編輯作物的應(yīng)用前景

轉(zhuǎn)基因作物自1996 年商業(yè)化以來種植面積持續(xù)增長(zhǎng)，據(jù)國(guó)際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織ISAAA統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018年全球種植總面積達(dá)1.917億公頃，成為全球應(yīng)用最為迅速的作物育種技術(shù)。全球總計(jì) 26個(gè)國(guó)家種植轉(zhuǎn)基因作物，44個(gè)國(guó)家進(jìn)口轉(zhuǎn)基因作物用于糧食、飼料和加工。轉(zhuǎn)基因技術(shù)大大提高新品種選育效率，同時(shí)降低了農(nóng)藥、肥料等的投入，生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，已成為全球糧食安全的重要保障之一。

轉(zhuǎn)基因作物總體上是安全的，出于對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效預(yù)防和控制的需要，其推廣應(yīng)用要經(jīng)過科學(xué)評(píng)估和依法審批，開發(fā)和銷售一種傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因作物成本約1.5億美元，因此一直由孟山都、先正達(dá)、陶氏杜邦等育種巨頭所主導(dǎo)。

2016年基因編輯抗褐變的蘑菇已經(jīng)開始在美國(guó)種植銷售，陸續(xù)研發(fā)的產(chǎn)品包括食味改變的西紅柿、低麩質(zhì)小麥、抗褐變蘋果、抗旱大豆，以及耐冷藏馬鈴薯等，基因編輯作物的市場(chǎng)化已呈現(xiàn)勢(shì)不可擋之勢(shì)。與轉(zhuǎn)基因技術(shù)相比，基因編輯技術(shù)有著更高的精確度，成本可能會(huì)下降90%，一些小公司已經(jīng)在推進(jìn)基因編輯項(xiàng)目，要和大公司爭(zhēng)奪該領(lǐng)域市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。由于世界最大農(nóng)產(chǎn)品出口國(guó)的美國(guó)聲明對(duì)不包含外源DNA的基因編輯作物無需監(jiān)管，其發(fā)展前景較為樂觀態(tài)度。

（作者單位：150030 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)）