转基因作物是拥有来自其他物种基因的植物。该基因变化过程可以来自不同物种之间的杂交,但现在更多的特指那些在实验室里通过重组DNA技术人工插入其他物种基因以创造出拥有新特性的植物。

基因编辑作物是利用CRISPR-Cas9等技术开发的,这些技术可以对DNA序列进行微小调整。它们不同于通过基因改造获得的作物,因为这通常涉及从其他植物或动物物种中插入完整的基因或DNA序列。

随着人类认识的发展,转基因植物的种种潜在危害也逐渐被认识。

其一,具有高产、抗性强的转基因植物品种不断地被推广,势必导致品种的单一化和贫化。

其二,转基因植物的目的基因发生逃逸,亦即通过异花授粉与野生近缘种杂交,可能产生新的杂草。

其三,转基因植物由于抗性强,能适应各种恶劣环境,其中有些作物,它们的不少性状与它们的杂草化的祖先是共同的,因此,某些遗传的改变可能使作物本身成为杂草。如高度抗盐的转基因水稻品种就可能侵入到港湾中大量繁殖起来成为杂草。

其四,转基因植物是自然界本身并不存在的植物,因此对于一个生态系统来说,转基因植物的进入就相当于外来种的侵入。

面对转基因植物的可能危害,国际上提出生物安全问题。我国也制定了有关法规,按照潜在危险程度,将基因工程分为四个等级,采取不同的管理措施。

此前,在中国,转基因作物获得生物安全许可需要长达六年的时间。但研究人员称,中国农业部1月24日发布的《农业用基因编辑植物安全评价指南(试行)》指导方针规定了获得基因编辑作物生物安全证书的程序,可以将审批时间缩短到一到两年。

转基因作物在获准使用前需要进行广泛、大规模的田间试验。新的指导方针规定,对于被认为不构成环境或食品安全风险的基因编辑作物,开发人员只需提供实验室数据并进行小规模的田间试验。

自从发布初步指导方针以来,研究人员一直在争先恐后地提交使用转基因作物的申请。他们对政府批准转基因作物感到兴奋,认为这将为转基因作物的农业应用扫清了道路,这可能会促进对更美味、更抗虫害、更适应全球变暖的品种的研究。中国科学院遗传与发育生物学研究所的植物生物学家高彩霞说：“这对我们来说是个非常好的消息。这真的为商业化打开了大门。”

在农业育种上,抗病性与高产量兼备是一大难题。中国科学院高彩霞研究团队日前成功破解了小麦既抗白粉病又确保生长和产量正常的基因奥秘,并使主栽小麦品种快速获得广谱抗白粉病的优异性状,这一成果2月9日在Nature发表,阐明了小麦新型mlo突变体既抗白粉病又高产的分子机制。

小麦白粉病是由真菌引起的一种世界范围内危害小麦生产的重要病害,重病田减产可达40%以上。培育抗白粉病的小麦品种,对于维护世界粮食安全具有重要意义。

然而,受限于自然法则,农作物抗病性与高产量往往难以兼得。

早在2014年,高彩霞研究团队就利用基因组编辑技术定向突变小麦的感病基因MLO,获得了对白粉病具有广谱持久抗性的材料,但该小麦mlo突变体表现出白粉病抗性的同时,也出现了早衰、植株变矮、产量下降等负面表型。

此后,研究团队一直不断探索如何在抗白粉病育种中进一步利用MLO基因,从而实现“鱼与熊掌兼得”。

终于,他们在大量的基因组编辑小麦突变体中筛选获得了一个新型mlo突变体Tamlo-R32,该突变体表现出对白粉菌完全的抗性,同时生长发育和产量正常。

在本文中,研究人员解析了小麦Tamlo-R32突变体表型形成的分子机制。

研究人员发现,在Tamlo-R32突变体基因组的TaMLO-B1位点附近,存在约304Kb的大片段删除,染色体三维结构的改变导致上游基因TaTMT3的表达水平上升,进而克服了感病基因MLO突变引起的负面表型,最终实现了抗病和产量的双赢。

宾夕法尼亚州立大学帕克分校的植物生物学家杨亦农教授说：“这是一项非常全面和完美的工作。”这对几乎所有开花植物也有广泛的影响,因为白粉病可以感染大约1万种植物。

研究人员已经计划将更多的工作重点放在开发对农民有价值的新作物上。例如,深圳南方科技大学的植物分子生物学家朱健康说,他希望开发经过基因编辑的品种,提高产量,抵御气候变化的能力,并对化肥有更好的反应。还有一些公司正在准备申请特别芳香的大米,以及油酸脂肪酸含量高的大豆,这种脂肪酸可以产生低饱和脂肪的油。

这一类研究表明了我国在基因编辑作物方面的良好进展。然而,一些研究人员也认为,指导方针的某些方面是模糊的,它们适用于使用基因编辑技术去除基因或改变单核苷酸的作物,但尚不清楚它们是否也适用于从同一物种的其他品种引入DNA序列的作物。

随着科学技术的不断发展,对于转基因作物的“指导方针”也会越来越完善。