轉基因作物是擁有來自其他物種基因的植物。該基因變化過程可以來自不同物種之間的雜交,但現在更多的特指那些在實驗室里通過重組DNA技術人工插入其他物種基因以創造出擁有新特性的植物。

基因編輯作物是利用CRISPR-Cas9等技術開發的,這些技術可以對DNA序列進行微小調整。它們不同于通過基因改造獲得的作物,因為這通常涉及從其他植物或動物物種中插入完整的基因或DNA序列。

隨著人類認識的發展,轉基因植物的種種潛在危害也逐漸被認識。

其一,具有高產、抗性強的轉基因植物品種不斷地被推廣,勢必導致品種的單一化和貧化。

其二,轉基因植物的目的基因發生逃逸,亦即通過異花授粉與野生近緣種雜交,可能產生新的雜草。

其三,轉基因植物由于抗性強,能適應各種惡劣環境,其中有些作物,它們的不少性狀與它們的雜草化的祖先是共同的,因此,某些遺傳的改變可能使作物本身成為雜草。如高度抗鹽的轉基因水稻品種就可能侵入到港灣中大量繁殖起來成為雜草。

其四,轉基因植物是自然界本身并不存在的植物,因此對于一個生態系統來說,轉基因植物的進入就相當于外來種的侵入。

面對轉基因植物的可能危害,國際上提出生物安全問題。我國也制定了有關法規,按照潛在危險程度,將基因工程分為四個等級,采取不同的管理措施。

此前,在中國,轉基因作物獲得生物安全許可需要長達六年的時間。但研究人員稱,中國農業部1月24日發布的《農業用基因編輯植物安全評價指南(試行)》指導方針規定了獲得基因編輯作物生物安全證書的程序,可以將審批時間縮短到一到兩年。

轉基因作物在獲準使用前需要進行廣泛、大規模的田間試驗。新的指導方針規定,對于被認為不構成環境或食品安全風險的基因編輯作物,開發人員只需提供實驗室數據并進行小規模的田間試驗。

自從發布初步指導方針以來,研究人員一直在爭先恐后地提交使用轉基因作物的申請。他們對政府批準轉基因作物感到興奮,認為這將為轉基因作物的農業應用掃清了道路,這可能會促進對更美味、更抗蟲害、更適應全球變暖的品種的研究。中國科學院遺傳與發育生物學研究所的植物生物學家高彩霞說：“這對我們來說是個非常好的消息。這真的為商業化打開了大門。”

在農業育種上,抗病性與高產量兼備是一大難題。中國科學院高彩霞研究團隊日前成功破解了小麥既抗白粉病又確保生長和產量正常的基因奧秘,并使主栽小麥品種快速獲得廣譜抗白粉病的優異性狀,這一成果2月9日在Nature發表,闡明了小麥新型mlo突變體既抗白粉病又高產的分子機制。

小麥白粉病是由真菌引起的一種世界范圍內危害小麥生產的重要病害,重病田減產可達40%以上。培育抗白粉病的小麥品種,對于維護世界糧食安全具有重要意義。

然而,受限于自然法則,農作物抗病性與高產量往往難以兼得。

早在2014年,高彩霞研究團隊就利用基因組編輯技術定向突變小麥的感病基因MLO,獲得了對白粉病具有廣譜持久抗性的材料,但該小麥mlo突變體表現出白粉病抗性的同時,也出現了早衰、植株變矮、產量下降等負面表型。

此后,研究團隊一直不斷探索如何在抗白粉病育種中進一步利用MLO基因,從而實現“魚與熊掌兼得”。

終于,他們在大量的基因組編輯小麥突變體中篩選獲得了一個新型mlo突變體Tamlo-R32,該突變體表現出對白粉菌完全的抗性,同時生長發育和產量正常。

在本文中,研究人員解析了小麥Tamlo-R32突變體表型形成的分子機制。

研究人員發現,在Tamlo-R32突變體基因組的TaMLO-B1位點附近,存在約304Kb的大片段刪除,染色體三維結構的改變導致上游基因TaTMT3的表達水平上升,進而克服了感病基因MLO突變引起的負面表型,最終實現了抗病和產量的雙贏。

賓夕法尼亞州立大學帕克分校的植物生物學家楊亦農教授說：“這是一項非常全面和完美的工作。”這對幾乎所有開花植物也有廣泛的影響,因為白粉病可以感染大約1萬種植物。

研究人員已經計劃將更多的工作重點放在開發對農民有價值的新作物上。例如,深圳南方科技大學的植物分子生物學家朱健康說,他希望開發經過基因編輯的品種,提高產量,抵御氣候變化的能力,并對化肥有更好的反應。還有一些公司正在準備申請特別芳香的大米,以及油酸脂肪酸含量高的大豆,這種脂肪酸可以產生低飽和脂肪的油。

這一類研究表明了我國在基因編輯作物方面的良好進展。然而,一些研究人員也認為,指導方針的某些方面是模糊的,它們適用于使用基因編輯技術去除基因或改變單核苷酸的作物,但尚不清楚它們是否也適用于從同一物種的其他品種引入DNA序列的作物。

隨著科學技術的不斷發展,對于轉基因作物的“指導方針”也會越來越完善。