“基因魔剪”重塑歐洲農業生產

一場生物技術革命正在歐洲悄然興起。2012年，法國科學家埃馬紐爾·夏彭蒂耶與美國科學家詹妮弗·杜德納共同開發出極具潛力的基因組編輯工具——“基因魔剪”（CRISPR-Cas9），并因此于2020年榮獲諾貝爾化學獎。“基因魔剪”具備操作簡單、成本低廉、編輯效率高等特點，自問世以來便迅速成為全球備受追捧的基因編輯技術，在疾病治療、基因改造等領域展現出廣闊的應用前景與巨大的商業價值。長期以來，學界一直期待將這一技術應用于農業生產，然而嚴苛的法律監管一直制約著其實際落地。2024年2月，歐洲議會最終通過決議，放寬了對新興基因組技術作物的監管限制。

“生物進化本就是持續突變的過程。在1公頃的小麥田里，每年都會自然發生2.4億次突變，人們對此習以為常。”法國國家科學研究中心主任、分子遺傳學家弗朗索瓦·帕爾西說，“那為何就對實驗室里精準可控的單一突變憂心忡忡呢？”

“基因魔剪”的厲害之處在于，它能以極低的成本精準編輯作物基因組，賦予作物抗旱、抗病等優良性狀。傳統選育技術依賴自然突變，育種周期可能長達數十年，而新興基因組技術能大幅縮短這一進程。

自20世紀20年代起，科學家們借助誘變技術（通過物理射線或化學物質誘導作物基因突變），已成功培育出超3200個新品種，星彩紅寶石西柚便是其中的典型代表。在歐洲，所有通過非自然方式改造遺傳物質的生物體，均被界定為“轉基因生物”，并受到嚴格監管。然而，鑒于誘變技術應用廣泛且培育品種數量龐大，歐盟最終決定不再將其培育的作物納入“轉基因生物”監管范疇。針對新興基因組技術培育的作物，歐盟還規定，若性狀突變數量不超過20個，可豁免“轉基因生物”標簽標識。

帕爾西指出，“植物馴化是人類歷史的重要組成部分。幾千年來，人類不斷通過雜交改良等手段選育作物品種，以滿足生產生活需求。如今，借助新興基因組技術，研究人員僅需短短幾個月，就能精準賦予作物特定優勢性狀，達成過去需歷經上萬年自然馴化才能實現的效果。因此，我認為應當適度放寬相關監管限制。”

農業生產的新紀元

法國國家農業食品與環境研究院的科研團隊在蔬果品種改良方面取得了重大進展。該團隊主任讓–呂克·加盧瓦說：“我們專注于研究植物的馴化機制。例如，野生番茄如何通過基因突變變得可口多汁？”在研究辣椒和豌豆時，該團隊發現，這些作物對部分植物病毒具有天然抵抗力，如李痘病毒、馬鈴薯Y病毒等。他們還發現，植物病毒會利用蛋白質來實現感染。加盧瓦表示，“只要改變作物基因中的核苷酸，就能使病毒無法識別作物的蛋白質，從而避免感染。而且，經過基因編輯的作物與普通作物在其他方面并無二致。”利用這一機制，加盧瓦團隊成功培育出了對多種植物病毒都具有抗性的櫻桃番茄。目前，他們正在土豆上試驗這一技術。在這項科研突破中，“基因魔剪”發揮了重要作用。“讓櫻桃番茄具備抗病性僅需兩個突變。雖然全球每年種植的櫻桃番茄多達上千億株，但這兩個突變自然發生的概率極低，或許需要上千年。而‘基因魔剪’能將這個進程縮短至幾個月。”生物學家克里斯托夫·羅巴利亞說。

新興基因組技術開辟了農業生產的新紀元。目前，世界上有超過50萬種植物，而人類僅馴化了一小部分。羅巴利亞指出，“野生植物往往攜帶抗性基因，但它們和栽培品種親緣關系較遠，雜交難度大。因此，抗性基因難以被引入栽培品種。而基因編輯技術能夠復制野生植物的有益基因，并將它們轉移至栽培品種。”

德國杜塞爾多夫大學與法國發展研究所利用基因編輯技術，培育出了抗水稻黃斑駁病毒的水稻新品種。這種病毒流行于非洲大陸，曾導致多個國家水稻失收。研究人員在一個低產水稻品種中發現了抗性基因，并將其成功轉入亞洲品種。他們的下一步計劃是將這種基因引入非洲當地品種，從而幫助農業生產者抵御病毒威脅。

抗旱"

“目前已有25款農產品通過基因編輯技術實現了一至兩次突變，獲得了抗性基因。這些產品即將投入市場。”帕爾西說，“智利的一支科研團隊培育出了抗白粉病葡萄。荷蘭瓦格寧根大學的科研團隊培育出了能夠抵御霜霉病的土豆。它們的抗性基因都源自野生植物。”

歐盟委員會的專家認為，新興基因組技術能夠顯著減少農藥用量，大幅降低農業生產活動對生物多樣性及自然氣候的影響。作為最早研究擬南芥基因組的學者之一，帕爾西介紹道：“擬南芥是一種開花植物，基因組簡單，開花后便會死亡。然而，只需兩次突變，就能改變它的生命周期，使其開花后不再死亡，而是繼續生長開花，根莖也將木質化。想象一下，如果能在小麥或向日葵上復現這種突變，就能免去每年播種的麻煩了。多年生大麥的成功案例證明，這一性狀完全可以復制到小麥上。”

植物的根莖在土壤中扎得越深，固碳能力便越強，抗旱性也越好。越來越多的科學家開始研究如何才能培育出適應當今氣候的新品種，比如耐旱玉米、耐鹽堿水稻等。帕爾西說：“氣候變化迫使我們重塑農業。目前，僅15種主要作物就貢獻了人類所需熱量的70%。許多曾為人類提供能量的作物已被淘汰，保留下來的都是最符合人類需求的品種。然而，這些根據舊標準選育的品種也存在明顯缺陷，如適應能力不足、培育成本高。我們必須根據新標準重新馴化植物。借助新興基因組技術，原本需要3000年才能完成的馴化過程，現在僅需半年到十年的時間便能實現。”

盡管如此，歐洲議會環境委員會依然建議不為新興基因組技術作物授予專利。此外，部分歐盟成員國受到“轉基因食品導致老鼠長出巨大腫瘤”等不實傳言的影響，對轉基因技術懷有深切恐懼，并堅決抵制對一切活體生物進行基因改造。這種態度或會阻礙新技術的發展和應用。

編輯：侯寅