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(yōu)良性狀基因的路徑？一種旨在實現(xiàn)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(fā)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(fā)明專利。
一個試管兩天完成百萬基因篩選
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，是漫長且隨機的過程。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，這也開啟了全球農業(yè)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(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(tǒng)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(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)并啟動研發(fā)“基因超進化”技術。
“基因超進化是指在一個特定的系統(tǒng)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(chuàng)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(guī)模突變和高速篩選，“傳統(tǒng)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(tǒng)，使其能夠大量地制造EPSPS基因突變體，并通過循環(huán)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(xiàn)一致，性狀更為穩(wěn)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(tǒng)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(jié)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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