世界上第一棵轉基因作物是什麽(me) ？早在數千年前，它已在自然條件下誕生。我們(men) 常吃的聖女果、血橙，其實都歸功於(yu) 不安分的“轉座子”。

文/記者 李晶 編輯/吉菁菁

新媒體(ti) 編輯/陳炫之

世界上的第一棵轉基因作物是什麽(me) ？它是出身於(yu) 實驗室裏，由科學家培育出來的嗎？你可能想象不到，早在數千年前，第一棵轉基因作物就已經在自然條件下誕生了。

自然界外源“轉基因”作物

2015年5月《美國國家科學院刊》上發表了一項研究，它表明人類作為(wei) 主要作物之一的紅薯，其實是在自然條件下轉了基因的食品，且轉入的還是一種叫做“農(nong) 杆菌”的細菌強行植入的外源基因。

▲轉基因都是人為(wei) 操作的嗎？（配圖來自互聯網）

這項研究的負責人是秘魯利馬的國際馬鈴薯中心（The International Potato Center）病毒學家Jan Kreuze。他認為(wei) ，轉入到紅薯體(ti) 內(nei) 的農(nong) 杆菌基因幫助植物產(chan) 生了兩(liang) 種激素，從(cong) 而使植物的根部發生變化並產(chan) 生了一些可食用的物質。遺憾的是，這一推測無法證實或證偽(wei) 。因為(wei) 他們(men) 在來自美國、印度尼西亞(ya) 、中國、南美部分地區及非洲等地的291種紅薯品種中，根本找不到不含農(nong) 杆菌DNA的“非轉基因紅薯”品種來做對比試驗。

▲所有品種的紅薯的基因庫都含有農(nong) 杆菌（一種在土壤裏很常見的細菌）的基因。換句話說，人類種植的紅薯都是天然轉基因的，無一例外。這個(ge) 研究結果2015年5月發表於(yu) 美國國家科學院院刊上

也就是說，紅薯就是自然界中的轉基因作物。

植物自體(ti) “轉基因”模式

紅薯會(hui) 不會(hui) 是個(ge) 例呢？當然不是，因為(wei) 自然界本來就存在著轉基因。

“人們(men) 看見不一樣的蔬菜、水果、作物和花卉後，總是忍不住聯想它們(men) 是‘轉基因’的。實際上，在自然界數以億(yi) 萬(wan) 年的進化過程中，基因組本身就在發生變化，世界也因此變得豐(feng) 富多彩。”在北京科技記者編輯協會(hui) 主辦的第七屆“全國媒體(ti) 記者轉基因報道研修班”期間，研究表觀遺傳(chuan) 學的中國科學院院士、發展中國家科學院院士、中國科學院遺傳(chuan) 與(yu) 發育生物學研究所研究員曹曉風就為(wei) 學員們(men) 解開了在自然條件下植物基因變化的麵紗。

▲9月17日，中科院院士曹曉風在第七屆全國媒體(ti) 記者轉基因報道研修班上授課

植物會(hui) 因自身基因的調控而呈現不同的性狀，如高矮、顏色深淺、有沒有斑紋等，而“轉座子”就是這個(ge) 進化過程的驅動力。

基因是有序列的，而“轉座子”是個(ge) 不守規則的“插隊者”，會(hui) 從(cong) 原來位置上單獨複製或斷裂下來，把自己的這一段基因，插入到另外的基因位點裏。正是因為(wei) 可以動的遺傳(chuan) 因子——轉座子，人們(men) 才會(hui) 看到下麵的這些“奇怪”植物。

▲孟德爾遺傳(chuan) 定律（配圖來自互聯網）

常常被人誤認為(wei) 是“轉基因”的聖女果，其實隻是轉座子“跳躍”介導（媒介傳(chuan) 導，即把某種物質作為(wei) 媒介轉導某種物質）基因重排後的產(chan) 物。2004年，研究者發現，控製番茄果實形狀加長的SUN位點的關(guan) 鍵基因從(cong) 10號染色體(ti) 跳到了7號染色體(ti) ，“轉座子”趁虛插入了控製果實膨大的下遊基因，新整合的位點增強了下遊基因的表達量，結果促進番茄果實形狀伸長變成了橢圓形。

血橙中，血色的橙肉來源於(yu) 花青素基因上遊的一個(ge) 轉座子作用。這個(ge) 轉座子促使花青素在橙肉中表達量升高，於(yu) 是加深了橙肉的顏色。葡萄中的VvmybA1基因能夠控製果皮顏色，當轉座子插入到紫葡萄品種卡本內(nei) 的VvmybA1基因上遊，因“轉座子”抑製該基因的表達致使果皮變成了白色，形成了白葡萄品種霞多麗(li) 。隨後轉座子再次“插隊”，插入的位點再次導致了DNA序列的重新排列，於(yu) 是VvmybA1基因部分恢複了突變，繼而又形成了紅葡萄品種奧山紅寶石。

轉座子的跳進與(yu) 跳出，促進或抑製著基因的表達，實際上也是天然轉基因的過程。路邊上雙色的小野花、市場裏花斑籽粒的玉米……這些看起來“不同尋常”的植物，都要歸“功”於(yu) 不安分的“轉座子”。

而在所有的基因中，轉座子有多少呢？人類45%的基因組有轉座子來源的重複序列構成，在動植物基因組中“轉座子”更是普遍存在。正因為(wei) 所有生物都有基因，也由此可見，在地球數以億(yi) 萬(wan) 年的演化過程中，僅(jin) 僅(jin) 在自然條件下的“轉基因”事件就一直不曾停歇過。

如法炮製的人工“轉基因”作物

轉基因是如何“轉的”，很少能有人說明白。其實，1906年當人們(men) 發現了植物交接處經常長“瘤”時，“順藤摸瓜”的找到了一種可植入植物細胞的細菌——農(nong) 杆菌。農(nong) 杆菌把自身的一小段DNA轉移到了植物細胞裏，繼而將這段DNA整合到了植物的基因組裏。因為(wei) 沒有代謝農(nong) 杆菌DNA的途徑，被“轉基因”的植物便攜帶者這段DNA繼續繁衍下去了。前北京師範大學生命科學學院教授、現任濰坊興(xing) 旺生物種業(ye) 有限公司總經理、首席科學家王喜萍介紹說，農(nong) 杆菌的簡單又高明的方法，衍生出了人工轉基因最常用的方法——農(nong) 杆菌介導法。

▲植物的組織培養(yang) 與(yu) 遺傳(chuan) 轉化（摘自王喜萍PPT）

無論是農(nong) 杆菌DNA這樣的外源基因，還是轉座子這樣的植物自身基因，都可以在自然環境下產(chan) 生“轉基因”植物（包括作物），那麽(me) ，人類又通過“轉基因”技術對植物做了什麽(me) 呢？

隨著地球人口的不斷激增，人類對糧食的需求日益增加，傳(chuan) 統育種方式難以解決(jue) 糧食帶來的問題。1996年以後，轉基因技術開始用於(yu) 糧食作物的生產(chan) 。抗蟲和抗除草劑是轉基因技術的兩(liang) 個(ge) 主要研究方向，科學家用來自微生物的DNA分子，通過農(nong) 杆菌介導法為(wei) 主的轉基因手段，將DNA分子轉入了植物細胞中並形成新的單位，最終實現抗蟲或抗除草劑的性狀表達。這段DNA分子在植物中“工作”，並不幹擾植物的任何代謝途徑。轉入的DNA就像給打了一針“疫苗”，讓它對蟲或除草劑，亦或是兩(liang) 者都具有了防禦的能力。

▲抗蟲（摘自王喜萍PPT）

▲抗除草劑（摘自王喜萍PPT）

▲抗病（摘自王喜萍PPT）

目前實現抗蟲特性主要用到的是BT蛋白，它來自蘇雲(yun) 金芽孢杆菌編碼毒蛋白基因。王喜萍介紹說，因為(wei) 被稱為(wei) “毒蛋白”，為(wei) 作物轉入BT蛋白曾引發“蟲子吃了會(hui) 死，人吃了能行嗎？”的疑問。

其實，BT蛋白是一種特異性蛋白，獨特到隻針對鱗翅目昆蟲的幼蟲起作用，且僅(jin) 對它們(men) 消化係統中的中腸階段的一個(ge) 特異性受體(ti) 起作用。當BT蛋白遇到這個(ge) 受體(ti) 並結合後，這些鱗翅目昆蟲的幼蟲會(hui) 因為(wei) 不能正常消化而最終餓死。

其實，植物天然也存在的“抗蟲性”，主要依賴中間的代謝產(chan) 物而實現抗蟲。比如高粱會(hui) 代謝一種又苦又澀的單寧物質，柿子皮很澀，茼蒿等蔬菜會(hui) 有一種怪味道，蟲子不喜歡這些代謝的中間產(chan) 物，植物在一定程度上就避免了被蟲子吃掉。 “苦”“澀”“怪味”的植物，雖然具有一定抗蟲效果，但把這些源自植物的基因用到作物上，還需要兩(liang) 件事，第一是認知這個(ge) 基因，第二知道如何篩選出這個(ge) 基因。這些還需要科學家們(men) 繼續深入的去研究。

植物轉入抗除草劑特性的目的很簡單，當作物有了抗除草劑的特性，施用除草劑後，雜草除去，作物本身還能健康的生長。種植抗除草劑的作物，不僅(jin) 能解放勞動力，而且能降低施用農(nong) 藥對人體(ti) 的危害。

轉基因走出實驗室路途漫漫

但是，轉基因技術從(cong) 實驗室到餐桌，還要邁過很多門檻。以轉基因三文魚為(wei) 例，在確認其食用安全性五年、環境安全性三年之後，美國食物藥品管理局（FDA）才於(yu) 2015年11月批準了水恩公司（AquaBounty）的轉基因三文魚品牌“AquAdvantage”上市。其實，這項改變大西洋三文魚的生長激素調節方式，讓魚更快地生長到成年體(ti) 型的技術，早在1989年就已經誕生了。

▲國際科學組織對轉基因作物安全性的論述（摘自王喜萍PPT）

同樣是轉基因魚，中國科學院水生生物研究所研究員朱作言早在1985年就正式發表了世界首批轉基因魚培育成功的論文，後經多代選育出中國擁有完全自主星空体育官网入口网站產(chan) 權的轉基因鯉魚——冠鯉。但迄今為(wei) 止，冠鯉仍未走上人們(men) 的餐桌。

轉基因植物與(yu) 轉基因動物在中國的命運，幾乎殊途同歸。1998年由華中農(nong) 業(ye) 大學培育成功的“華恢1號”，對二化螟和稻縱卷葉螟等鱗翅目害蟲表現出很強的田間抗性，可降低水稻生產(chan) 中農(nong) 藥施用量，提高產(chan) 量，1999年通過農(nong) 業(ye) 部組織的成果鑒定，後獲得農(nong) 業(ye) 生物安全證書(shu) ，但至今未能種植；2009年，中國頒發了具有自主星空体育官网入口网站產(chan) 權的一個(ge) 轉植酸酶基因玉米品種，同樣至今未能種植生產(chan) 。

在國內(nei) 遲遲等不來的商業(ye) 化種植，讓國內(nei) 實驗室裏轉基因產(chan) 品走上曲線產(chan) 業(ye) 化路徑。近期，華中農(nong) 大的轉基因水稻“華恢1號”獲美國認可安全可以食用，阿根廷官方就中國大北農(nong) 集團在該國發布的第一個(ge) 大豆性狀進行了公眾(zhong) 谘詢，最快到11月中上旬可正式被批準在阿根廷進行商業(ye) 化種植。而截至目前，中國批準種植生產(chan) 的轉基因植物仍然隻有棉花、木瓜、白楊。

參加第七屆“全國媒體(ti) 記者轉基因報道研修班”期間的院士和專(zhuan) 家都提到轉基因作物的監管和檢測的嚴(yan) 格。王喜萍也直言，“所有監管和檢測如此之嚴(yan) 格的東(dong) 西，如果還要懷疑它，在我們(men) 食品安全形勢如此嚴(yan) 峻的今天，好多東(dong) 西更不能吃了”。

出品：科普中央廚房

監製：北京科技報 | 科學加客戶端

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