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基因超進化:農作物轉基因之外的一條新路徑

2018-02-09 11:06:17 來源:科技日報 瀏覽:

  以往,人們對轉基因作物的爭論焦點是,把外源基因(如來自病原體、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、抗除草劑等優良性狀基因的路徑?一種旨在實現上述目標的“基因超進化”技術已在四川誕生,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自主研發的“基因超進化”技術,在實驗室內對水稻自身的EPSPS基因(抗草甘膦除草劑基因)進行高通量篩選、分離,促進其定向、高速進化,得到高抗草甘膦的功能性基因,并獲得兩項發明專利。

 

  一個試管兩天完成百萬基因篩選

 

  尋找優良基因一直是農業育種界的目標,但僅靠植物自身的基因突變,是漫長且隨機的過程。上世紀90年代,種業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,這也開啟了全球農業轉基因的浪潮。

 

  “CP4并非來源植物,而是來自草甘膦生產工廠內發生突變的‘農桿菌’,這成為轉基因作物最大的爭議。”項目承擔企業——四川天豫興禾生物科技有限公司首席科學家胥南飛說,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、抗除草劑等優良基因的路徑,曾在孟山都、巴斯夫、拜爾等農業科技公司任職近20年的胥南飛,于2015年在四川創立企業并啟動研發“基因超進化”技術。

 

  “基因超進化是指在一個特定的系統中,使植物的目標基因按照預設的要求,完成高效、快速、定向的進化過程,從而形成我們所需要的突變性狀基因。”胥南飛說,這項技術的創新在于,能夠將目標基因從水稻等作物中提取出來,在實驗室進行大規模突變和高速篩選,“傳統的基因進化、篩選,100萬個基因才可能篩選出1個有用基因,且需要100畝土地、6個月時間才能完成;而運用基因超進化技術后,在實驗室中完成100萬個植物基因的篩選,僅需一個試管、兩天時間就能完成。”

 

  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化與篩選研究》,其目標正是運用“基因超進化”的原理建立抗草甘膦除草劑基因的高效進化、篩選系統,使其能夠大量地制造EPSPS基因突變體,并通過循環進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利證書中看到,該團隊已經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,同時全生育期抗性表現一致,性狀更為穩定。

 

  “篩選來自植物自身的基因,能夠為農作物基因編輯‘量體裁衣’。”胥南飛說,團隊篩選出高抗草甘膦基因后,可以應用基因修飾技術將該基因導入植物體,快速獲得所需要的植物新品種。“通過該系統篩選出的水稻EPSPS基因來自水稻本身,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年的時間內,培育出非轉基因抗草甘膦水稻新品種。”

 

  由于基因超進化技術的高效性,目前胥南飛團隊已將多種農作物基因進化為高抗草甘膦基因,并正通過基因編輯技術,嘗試將這些來源于植物本身的高抗草甘膦基因導入農作物。“未來,該技術可用于改造玉米、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,應用這些新品種對于減少農藥用量、節約勞動力和生產成本、提高作物產量和品質都具有重要作用。




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