浙大沈志成小組發明控制轉基因水稻“意外傳播”技術

該研究成果3月19日發表在美國《公共科學圖書館·綜合》

轉基因農業給人類展示了美好前景，但由于缺乏有效的安全控制措施，轉基因作物的試驗和推廣均受到嚴格控制，尚無法快速造福人類。日前，浙大農學院沈志成教授領銜的課題組發明了一種簡單可控的轉基因技術：通過該技術獲得的水稻就像被打上了一個“烙印”，如“逃逸”出試驗田與常規水稻混合，這種轉基因水稻就會輕易“顯形”并被除草劑除去，保證常規水稻的純正性。這對提高轉基因農作物的安全控制水平意義深遠。該研究成果3月19日正式發表在在美國出版的《公共科學圖書館·綜合》（PLoS ONE）雜志上，并申請了一系列國內外ZL。
 
幾十年來，全球科學家不斷發明和完善轉基因技術，可以輕易地在不同物種間轉移特定基因。利用這種技術，我們可以使農作物具有抗蟲、抗病、抗除草劑等功能，并且還可以把轉基因農作物作為生物反應器，“生產”出胰島素、豬疫苗等具有重大經濟價值的藥用和工業用蛋白質。但轉基因作物的試驗和推廣存有潛在風險：因為轉基因農作物在種植時，其外來轉入基因有可能因花粉傳播等發生“基因漂移”現象，轉移到其他作物或者野生植物中，并且也會因為人為失誤、動物活動等造成意外傳播，使其混雜到常規糧食中，影響常規糧食的純正性，帶來不良后果。沈教授舉例說，“比如一種‘生產’豬疫苗的轉基因水稻混入了作為普通糧食作物的常規水稻中，即使對人體沒毒性，也不適合大量食用。”因此，轉基因農作物的試驗和生產在各國都受到嚴格控制。美國一家大型生物技術公ProdiGene的一種表達疾病抗原蛋白質的玉米時因污染附近的農作物，被美國政府要求其全部收購、銷毀所有可能污染了的農作物，并受到重罰。目前，僅僅依靠加強物理管理的方法，很難完全防止目的基因的漂移、傳播和混雜。
 
沈志成教授長期以來從事傳基因水稻的研發。他說，“轉基因農作物的確是成功的現代農業生物技術之一，但好的技術如沒有好的控制方法，可以產生預想不到的危害”。他在查閱資料時發現，農民常在稻田間使用除草劑苯達松，是因為水稻恰恰含有對這種除草劑的“解毒酶”，除草劑能殺死雜草，但對水稻無害。三年前，一次逆向思維啟發了課題組：為何不在對水稻進行轉基因操作時再加上一個“手術”，抑制這種基因的表達，這樣處理過的轉基因水稻就對苯達松這種除草劑失去了抗性。課題組進行了嘗試，在研發抗蟲水稻、含纖維素酶水稻、含乳鐵蛋白水稻這些新品種的同時，利用RNA干擾技術抑制解毒基因的表達。經過這種技術獲得的轉基因水稻具有了一種“天生的缺陷”，對苯達松沒有抗性，這與常規水稻正好完全相反。課題組進行了數次田間試驗后發現，噴灑一次苯達松就能夠把混雜在常規水稻中的這些轉基因水稻全部消滅。
 
苯達松在除草的同時把轉基因水稻也一并除掉，那轉基因水稻田里的雜草怎么清除呢？沈志成說，有一種廣譜的除草劑叫草甘膦，它能殺死雜草和常規水稻，只要在研發轉基因水稻品種時轉入抗草甘膦的基因，獲得的轉基因水稻就能不被草甘膦殺死。
 
課題組的這項發明被國外農業生物技術同行認為創意獨特、方法巧妙并具有廣闊應用前景。該研究主要完成人之一，浙大農學院博士生林朝陽說：“這項發明的優勢不僅在于安全可控，還在于它可以結合在平時的雜草防治中，因此不增加成本。我們能簡單地應用苯達松等防止雜草而同時達到殺滅生物反應器水稻的目的。”也就是說，本技術能夠保證出口食品原料和出口種子的非轉基因要求。這個項目的另外兩個主要完成人徐曉麗和方軍補充說，這個技術好像給轉基因農作物帶上了緊箍咒，一旦發現其逃逸，我們可以方便地控制它們。
目前，我國在轉基因水稻方面投入了大量的研究力量，目前正在考慮進一步應用和推廣轉基因農作物。發展“可靠、簡單和低成本”的轉基因水稻和玉米控制技術是我國大面積推廣轉基因農作物的重要保障，也將是轉基因產業的重要競爭基礎。如果非轉基因水稻將難于避免被轉基因水稻混雜，將嚴重影響我國安全地利用轉基因技術改良農作物，同時也影響以水稻為原料的食品向歐洲和其他國家的出口、影響我國出口東南亞水稻種子。沈志成教授介紹說，“這種發明將不僅僅運用在控制轉基因水稻，我們也正在運用其原理發展可以控制的轉基因玉米。”