转基因与常规育种的异同

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所属分类:百科知识2015年

人们对转基因产生的争议之一是,转基因与常规育种是否一致或有哪些差异,这些差异会不会引起安全问题。对此,有必要弄清转基因与常规育种的异同。
  大体而言,转基因与常规育种都是人为的行为,是人类为了获得高产和优质的作物而对种子进行的人工培育,这是最大的相同点。但是,转基因与常规育种却有较大的不同,最大的不同是,转基因不太遵循生物繁衍、生长的自然方式,常规育种则符合或比较符合生物繁衍、生长的自然方式。这主要体现在几个方面。
  风马牛的相及与不相及
  风马牛不相及指的是,即使马或牛雄、雌发情,但由于物种不同,也不会交配。对生物的改良当然是从遗传物质上进行改变,但是,转基因可以对生物进行大范围或跨物种的遗传物质的转移,常规育种不会让遗传物质大范围地超越物种转移。转基因可以强行做到“风马牛相及”,而常规育种会遵循风马牛不相及的原则。
  生物的分类最早是由瑞典植物学家林奈创立并由后来的拉马克等人补充修正而确立为今天通用的生物分类,生物分为界、门、纲、目、科、属、种7个阶元系统。物种是基本单元,近缘的种归并为属,近缘的属归并为科,科隶属于目,目隶属于纲,纲隶属于门,门隶属于界。林奈在1758年第10版《自然系统》中首次将阶元系统应用于植物和动物,后来1969年美国生物学家魏泰克提出五界说,对生物分类进行了统一,在界的最高阶元上可分为动物界、植物界、原生生物界、原核生物界和真菌界。
  但是,由于五界说并没有纳入病毒、噬菌体、类病毒等,美国生物学家卡尔·沃斯等人于1990年提出了三域系统,分为细菌域、古菌域、真核域,将所有生物纳入这三域中。因此,在生物分类上,就有了域、界、门、纲、目、科、属、种8个阶元系统。
  今天,转基因可以跨域或跨界把一种生物的基因转移到另一种生物,例如,把细菌的基因转移到植物,也可以把植物的基因转移到动物。一些转基因玉米就是转入了苏云金杆菌毒素的基因,从而让玉米能抗虫害,而这是一种最大范围物种遗传物质的转移,即跨域的基因转移。
  常规育种的遗传物质转移则一般不会超越属和种。例如,人们最熟悉的远缘杂交是马和驴的杂交,这是不同属的杂交(遗传物质交换和转移)。但是,这类远缘杂交的结果常常是后代会出现“疯狂分离”现象。所谓“疯狂分离”是指后代性状分离的类型很多,稳定性差,有时甚至到10多代后还出现分离。而且,有些远缘杂种在胚胎发育过程中会发生一个亲本排斥另一个亲本染色体的现象,即染色体的不亲和与生理平衡受到严重干扰,从而产生不育。同时,远缘杂种生物的生活力一般低下,在很多情况下在胚胎期就死亡。更重要的是远缘杂种不育是很普遍的现象。例如母马和公驴杂交生下的骡子不能生育。
  基因交换的少与多
  转基因通常只有一个或几个外源性基因转移到受体生物中,是一种极不完全的基因转移和融合(匹配),但常规育种,如杂交,则是杂交的两个亲本(父本、母本)所有遗传物质(基因组)的完全配对或匹配。
  以作物(植物)为例,小麦的进化历史就是一部远缘杂交史。现在种植的普通小麦是由3种野生植物经过两次天然远缘杂交及9000多年的自然选择和人工选择而形成,经历了一粒小麦、二粒小麦和普通小麦的进化过程,它们的染色体组型是:
  一粒小麦:性细胞染色体数为7;体细胞染色体数为14,命名为AA组。
  二粒小麦:性细胞染色体数为14;体细胞染色体数为28。有两组染色体,其中一组来自一粒小麦,命名为AA组。另一组来自拟斯卑尔托山羊草,命名为BB组。因此二粒小麦的染色体组型就是AABB组。
  普通小麦:性细胞有21条染色体,体细胞有42条染色体。其中两组来自二粒小麦AABB,另外一组来自粗山羊草,命名为DD组,所以普通小麦的染色体组型就是AABBDD组,简称ABD组。
  中国的优良小麦品种泰山一号是山东省农科院作物所以54405(碧蚂4号×早熟一号)做母本,欧柔(原产于智利)做父本,经有性杂交选育而成。也就是说,泰山一号是经过54405母本的21条染色体与欧柔父本的21条染色体中全部基因组的配对而形成新的适应性强、成穗率高、丰产性好的品种。
  转基因只是把一种基因(DNA片段)转入受体作物中发挥某种功能。例如,一种转基因抗黄瓜花叶病毒西红柿(8805R)就是对普通西红柿转入了烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋白CP基因,因此能让西红柿抗黄瓜花叶病毒,该病毒能侵害1000多种单、双子叶植物。
  基因控制的难易和产品的不确定性
  常规育种的后代或果实是容易控制的,因为获得了品质、性状好的后代种子后,还要经过栽培几代以证明其稳定后才能推广种植。转基因有较大的不稳定性,尽管转基因作物(或动物)也需要验证转入的外源性基因已经稳定地表达后才会推广种植(养殖),但是,转基因的方式决定了转基因作物(动物)在未来的种植(养殖)过程中具有不稳定性,表现在几个方面,即基因的超强度或超量表达、基因序列的不精确和容易变异。
  转基因通常需要一个转基因工具箱,里面含有几种零件,如启动子、内含子和终止子。启动子是控制基因表达(转录)的起始时间和表达程度的一种基因,就像开关一样决定基因的活动。内含子是阻断基因线性表达的一种基因,在选择性剪接方面扮演重要角色,一个基因可以因此而产生多种不同的蛋白质。终止子是指终止核糖核酸(RNA)转录的一种基因。
  虽然正常的作物中含有几万个基因,但它们并不都处于活跃的表达状态。一个基因是否表达以及表达到何种程度,取决于所在细胞或组织的整体需要,这就首先要通过一个启动子来开启。要向受体作物转入一个外源性基因,就必须配置一个特定的开关(启动子)。
  但是,这个配备的启动子是按操作者的意愿来控制的,为了让转入的基因表达,就需要这个启动子来驱动所转入的基因的超强度表达。这种超强度表达显然是独立于受体植物细胞本身的自然调节机制,而且这种转入的启动子也有可能在无意中打开一个原本不该活跃的基因,或使得受体植物的基因组中原本有的特定表达程度的基因会大大地增强表达程度。因此,这会让受体植物的基因不再受制于自身的自然调控,会因失控而产生非预期后果。而且,由于转入基因的过度表达,可能会让转基因编码的蛋白超量,从而在拥挤的细胞质里面堆积大量的异源垃圾蛋白但又无法清除,最终干扰受体植物(动物)细胞的正常生理功能。
  另外,为了增强外源性基因的表达效果,操作者还往往在转入的外源性基因中加入一小段内含子,这段内含子通常加在启动子和基因编码区域之间,这也使得转入的外源性基因会产生其他的表达,生成额外的蛋白产品,并引发意外。
  终止子被安置于所转基因的终止处。大多数转基因作物中所用的终止子叫NOS终止子。但是,这种人工配置的终止子常常会出错,不会如操作者的意愿那样恰当地给出终止指令,结果会导致核糖核酸的超长度转录。超长的核糖核酸中既有对所转基因DNA的转录,又包含了在其后面邻接的基因片段的转录。因此,转基因作物中产生的超过预期长度的核糖核酸可能产生危险的不知功能和性质的核糖核酸或其他蛋白产品。
  【责任编辑】张田勘
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