浙大沈志成小组发明控制转基因水稻“意外传播”技术

该研究成果3月19日发表在美国《公共科学图书馆·综合》

转基因农业给人类展示了美好前景，但由于缺乏有效的安全控制措施，转基因作物的试验和推广均受到严格控制，尚无法快速造福人类。日前，浙大农学院沈志成教授领衔的课题组发明了一种简单可控的转基因技术：通过该技术获得的水稻就像被打上了一个“烙印”，如“逃逸”出试验田与常规水稻混合，这种转基因水稻就会轻易“显形”并被除草剂除去，保证常规水稻的纯正性。这对提高转基因农作物的安全控制水平意义深远。该研究成果3月19日正式发表在在美国出版的《公共科学图书馆·综合》（PLoS ONE）杂志上，并申请了一系列国内外ZL。
 
几十年来，全球科学家不断发明和完善转基因技术，可以轻易地在不同物种间转移特定基因。利用这种技术，我们可以使农作物具有抗虫、抗病、抗除草剂等功能，并且还可以把转基因农作物作为生物反应器，“生产”出胰岛素、猪疫苗等具有重大经济价值的药用和工业用蛋白质。但转基因作物的试验和推广存有潜在风险：因为转基因农作物在种植时，其外来转入基因有可能因花粉传播等发生“基因漂移”现象，转移到其他作物或者野生植物中，并且也会因为人为失误、动物活动等造成意外传播，使其混杂到常规粮食中，影响常规粮食的纯正性，带来不良后果。沈教授举例说，“比如一种‘生产’猪疫苗的转基因水稻混入了作为普通粮食作物的常规水稻中，即使对人体没毒性，也不适合大量食用。”因此，转基因农作物的试验和生产在各国都受到严格控制。美国一家大型生物技术公ProdiGene的一种表达疾病抗原蛋白质的玉米时因污染附近的农作物，被美国政府要求其全部收购、销毁所有可能污染了的农作物，并受到重罚。目前，仅仅依靠加强物理管理的方法，很难完全防止目的基因的漂移、传播和混杂。
 
沈志成教授长期以来从事传基因水稻的研发。他说，“转基因农作物的确是成功的现代农业生物技术之一，但好的技术如没有好的控制方法，可以产生预想不到的危害”。他在查阅资料时发现，农民常在稻田间使用除草剂苯达松，是因为水稻恰恰含有对这种除草剂的“解毒酶”，除草剂能杀死杂草，但对水稻无害。三年前，一次逆向思维启发了课题组：为何不在对水稻进行转基因操作时再加上一个“手术”，抑制这种基因的表达，这样处理过的转基因水稻就对苯达松这种除草剂失去了抗性。课题组进行了尝试，在研发抗虫水稻、含纤维素酶水稻、含乳铁蛋白水稻这些新品种的同时，利用RNA干扰技术抑制解毒基因的表达。经过这种技术获得的转基因水稻具有了一种“天生的缺陷”，对苯达松没有抗性，这与常规水稻正好完全相反。课题组进行了数次田间试验后发现，喷洒一次苯达松就能够把混杂在常规水稻中的这些转基因水稻全部消灭。
 
苯达松在除草的同时把转基因水稻也一并除掉，那转基因水稻田里的杂草怎么清除呢？沈志成说，有一种广谱的除草剂叫草甘膦，它能杀死杂草和常规水稻，只要在研发转基因水稻品种时转入抗草甘膦的基因，获得的转基因水稻就能不被草甘膦杀死。
 
课题组的这项发明被国外农业生物技术同行认为创意独特、方法巧妙并具有广阔应用前景。该研究主要完成人之一，浙大农学院博士生林朝阳说：“这项发明的优势不仅在于安全可控，还在于它可以结合在平时的杂草防治中，因此不增加成本。我们能简单地应用苯达松等防止杂草而同时达到杀灭生物反应器水稻的目的。”也就是说，本技术能够保证出口食品原料和出口种子的非转基因要求。这个项目的另外两个主要完成人徐晓丽和方军补充说，这个技术好像给转基因农作物带上了紧箍咒，一旦发现其逃逸，我们可以方便地控制它们。
目前，我国在转基因水稻方面投入了大量的研究力量，目前正在考虑进一步应用和推广转基因农作物。发展“可靠、简单和低成本”的转基因水稻和玉米控制技术是我国大面积推广转基因农作物的重要保障，也将是转基因产业的重要竞争基础。如果非转基因水稻将难于避免被转基因水稻混杂，将严重影响我国安全地利用转基因技术改良农作物，同时也影响以水稻为原料的食品向欧洲和其他国家的出口、影响我国出口东南亚水稻种子。沈志成教授介绍说，“这种发明将不仅仅运用在控制转基因水稻，我们也正在运用其原理发展可以控制的转基因玉米。”