以往，人們對轉基因作物的爭論焦點(diǎn)是，把外源基因（如來(lái)自病原體、細菌的基因）轉入農作物后，外源基因是否存在安全隱患？那么，能否找到一條僅靠農作物自身基因突變，就獲取作物抗病蟲(chóng)、抗除草劑等優(yōu)良性狀基因的路徑？一種旨在實(shí)現上述目標的“基因超進(jìn)化”技術(shù)已在四川誕生，并獲四川省科技計劃項目支持。
目前，該項目科研團隊已通過(guò)自主研發(fā)的“基因超進(jìn)化”技術(shù)，在實(shí)驗室內對水稻自身的EPSPS基因（抗草甘膦除草劑基因）進(jìn)行高通量篩選、分離，促進(jìn)其定向、高速進(jìn)化，得到高抗草甘膦的功能性基因，并獲得兩項發(fā)明專(zhuān)利。
一個(gè)試管兩天完成百萬(wàn)基因篩選
尋找優(yōu)良基因一直是農業(yè)育種界的目標，但僅靠植物自身的基因突變，是漫長(cháng)且隨機的過(guò)程。上世紀90年代，種業(yè)巨頭孟山都率先在農桿菌中分離出EPSPS基因的突變體CP4基因，并將該基因轉入植物使其獲得草甘膦抗性，這也開(kāi)啟了全球農業(yè)轉基因的浪潮。
“CP4并非來(lái)源植物，而是來(lái)自草甘膦生產(chǎn)工廠(chǎng)內發(fā)生突變的‘農桿菌’，這成為轉基因作物的爭議。”項目承擔企業(yè)——四川天豫興禾生物科技有限公司首席科學(xué)家胥南飛說(shuō)，由于所有植物都不含有抗草甘膦基因，這使得傳統的、僅限植物之間的基因育種，很難獲得抗草甘膦的基因，最終科學(xué)家只有將細菌中的抗體基因轉入植物。
為找到一條僅靠農作物自身基因突變，就能獲取抗病蟲(chóng)、抗除草劑等優(yōu)良基因的路徑，曾在孟山都、巴斯夫、拜爾等農業(yè)科技公司任職近20年的胥南飛，于2015年在四川創(chuàng )立企業(yè)并啟動(dòng)研發(fā)“基因超進(jìn)化”技術(shù)。
“基因超進(jìn)化是指在一個(gè)特定的系統中，使植物的目標基因按照預設的要求，完成高效、快速、定向的進(jìn)化過(guò)程，從而形成我們所需要的突變性狀基因。”胥南飛說(shuō)，這項技術(shù)的創(chuàng )新在于，能夠將目標基因從水稻等作物中提取出來(lái)，在實(shí)驗室進(jìn)行大規模突變和高速篩選，“傳統的基因進(jìn)化、篩選，100萬(wàn)個(gè)基因才可能篩選出1個(gè)有用基因，且需要100畝土地、6個(gè)月時(shí)間才能完成；而運用基因超進(jìn)化技術(shù)后，在實(shí)驗室中完成100萬(wàn)個(gè)植物基因的篩選，僅需一個(gè)試管、兩天時(shí)間就能完成。”
為農作物基因編輯“量體裁衣”
目前，胥南飛團隊已承擔四川省科技計劃項目《植物抗草甘膦功能基因的快速進(jìn)化與篩選研究》，其目標正是運用“基因超進(jìn)化”的原理建立抗草甘膦除草劑基因的高效進(jìn)化、篩選系統，使其能夠大量地制造EPSPS基因突變體，并通過(guò)循環(huán)進(jìn)化不斷提升該基因對草甘膦的抗性。
科技日報記者在胥南飛團隊已獲得的專(zhuān)利證書(shū)中看到，該團隊已經(jīng)篩選獲得的高抗草甘膦基因，是當前全球使用最廣泛的草甘膦抗性基因（CP4基因）抗性的2—3倍，同時(shí)全生育期抗性表現一致，性狀更為穩定。
“篩選來(lái)自植物自身的基因，能夠為農作物基因編輯‘量體裁衣’。”胥南飛說(shuō)，團隊篩選出高抗草甘膦基因后，可以應用基因修飾技術(shù)將該基因導入植物體，快速獲得所需要的植物新品種。“通過(guò)該系統篩選出的水稻EPSPS基因來(lái)自水稻本身，屬于植物內源基因，后期應用極為方便。如采用全球最新的基因編輯方法將其導回水稻，可在2、3年的時(shí)間內，培育出非轉基因抗草甘膦水稻新品種。”
由于基因超進(jìn)化技術(shù)的高效性，目前胥南飛團隊已將多種農作物基因進(jìn)化為高抗草甘膦基因，并正通過(guò)基因編輯技術(shù)，嘗試將這些來(lái)源于植物本身的高抗草甘膦基因導入農作物。“未來(lái)，該技術(shù)可用于改造玉米、小麥、大豆、油菜、棉花等農作物，獲得相應非轉基因抗草甘膦新品種。”他說(shuō)，應用這些新品種對于減少農藥用量、節約勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)都具有重要作用。
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