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黃金大米究竟轉了幾個基因? 精選

已有 25703 次閱讀 2016-8-7 15:25 |系統分類:觀點評述

上來先問個學術問題,如題:黃金大米究竟轉了幾個基因?我覺得這個問題絕大多數的朋友應該是肯定會答錯的,因為我看了一個多月的資料,最后還是搞錯了,后來和朋友們反復討論了很多次才搞清楚答案。咱不是搞轉基因的,所以個人以為這類問題事實上應該有專家出來給大家科普,巴特,這方面的科普不怎么多,所以兄弟我很郁悶,只好自己來講了。很抱歉,我認為我講的內容是準確的,如果有誤,還請不吝指教。

開篇是問題,接下來需要道歉。我得向楊子恒老師說聲抱歉。說抱歉的原因是前段時間被人給罵了,說我很久以前寫的《史上最強灌水:奇葩的MEGA》對楊老師不尊重,所以我得道歉。當然對于這樣的指責兄弟我內心是崩潰的,因為第一,MEGA不是楊老師做的,PAML才是楊老師做的軟件;第二,每年穩定灌水50+的那位是"Katoh M",日本人,跟咱中國沒有關系;第三,楊老師是不是很落魄潦倒語言不通,這事兒哪有人能信啊,當相聲聽聽就得了;第四,這篇博文只有160個字講到楊老師,并沒有不當的言論;第五,非要我道歉那我就道歉得了,雖然這個歉道的貌似比較蒙圈兒。

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講正事兒。話說上一篇省略的部分是:“例如就轉基因的科普來講,草甘膦不是除蟲劑而是除草劑,Bt基因不是單個基因而是一類基因的總稱,2000年開發的第一代的黃金大米(Golden Rice)里總共轉進去三個基因,分別是從黃水仙花中獲得的八氫番茄紅素合成酶(phytoene synthase, psy)、從噬夏孢歐文菌中獲得的八氫番茄紅素去飽和酶或β-胡蘿卜素去飽和酶(phytoene desaturase, crtI),以及從黃水仙花中獲得的番茄紅素β-環化酶(lycopene β-cyclase, lcy)。其中前兩個基因是功能基因用來產生類胡蘿卜素(主要是β-胡蘿卜素),第三個基因則用來確定轉基因成功與否因此不是必須的。由于水仙花的八氫番茄紅素合成酶效率不高,因此2005年改良后的第二代黃金大米,是從玉米里獲得相應的psy基因,這樣可以將產生類胡蘿卜素的效率從1.6微克/克大米最高提升到37微克/克大米,平均值約是25微克β-胡蘿卜素/克大米,如果每天攝入72克黃金大米,則β-胡蘿卜素攝入總量為1800微克,考慮到β-胡蘿卜素攝入量與維生素A的生成量之比為12:1,因此可以計算得到攝入72克黃金大米可產生150微克的維生素A,正好達到美國每日推薦膳食供給量(RDA)對1-3歲兒童要求的維生素A攝取量的一半。另外,截止到2015年,全世界共有28個國家種植轉基因作物,耕地面積1.797億公頃(179.7萬平方公里),超過全世界可耕種土地的10%,相當于英國陸地面積的七倍。我國新疆維吾爾自治區總面積約166萬平方公里,因此轉基因耕種面積比新疆大。美國、巴西、阿根廷、印度和加拿大是轉基因作物種植面積排名前五的國家,其中美國的種植面積是70.9萬平方公里,而東北三省的總面積約為80萬平方公里,因此比東三省小一些。美國是世界上種植商業化轉基因作物種類最多的國家,總共有十種轉基因作物,包括蘋果、大豆、紫花苜蓿、番木瓜、土豆、南瓜、芥花(就是油菜)、甜菜、棉花和玉米。中國轉基因作物的種植面積全世界排第六位,為3.7萬平方公里,比海南省的3.54萬平方公里稍高。中國已經批準的商業化轉基因作物只有三種,分別是白楊、棉花和番木瓜。所以萬變不離其宗,無論科普怎么做,基本的科學事實是要力求準確的!

本來上面這一段是寫在《科普這口鍋,科學家不背誰背?》里的,媒體朋友拿到初稿之后,跟我討論了半天國內科普的現狀,完了很有技巧的來一句:我最討厭那些寫科普夾帶私貨的。我。。。思考了一秒鐘之后,我老老實實的承認錯誤:要不您把這段刪掉得了。所以就刪掉了。

話說這一段我寫的不嚴謹,其中斜體并且下劃線標出的內容,應該是錯誤的內容。這里主要參考兩篇科普性文章,一篇是劉學武老師轉載的、網友jrry86原創的《盤點那些轉基因作物之黃金大米篇》,另外一篇是知乎上《黃金大米到底轉入了幾個基因?》一文Jing Chen網友的回答,答案是對的。咱參考原始文獻,總結一下Jing Chen網友的主要結論,算是狗尾續貂。

黃金大米的研發在文獻里有兩代:

1. Ye X, et al., Engineering the provitamin A (beta-carotene) biosynthetic pathway into (carotenoid-free) rice endosperm. Science, 2000, 287(5451):303-5. (第一代黃金大米)

2. Paine JA, et al., Improving the nutritional value of Golden Rice through increased pro-vitamin A content. Nat Biotechnol, 2005, 23(4):482-7. (第二代黃金大米)

第一代黃金大米有兩種設計方案,單轉pB19hpc質粒(下圖A),或共轉入pZPsCpZLcyH兩個質粒(下圖B)。在pB19hpc質粒里,包括水仙花的八氫番茄紅素合成酶psy,噬夏孢歐文菌的八氫番茄紅素去飽和酶或β-胡蘿卜素去飽和酶crtI,以及兩個用來篩選的基因,即對潮霉素有抗性的潮霉素磷酸轉移酶aphIV,以及對卡那霉素有抗性的新霉素磷酸轉移酶npt II(下圖A),所以第一個版本里轉入大米中的基因總數是4個。

在共轉入的pZPsCpZLcyH質粒中,除了上述的psy, crtIaphIV三個基因之外,還引入了一個水仙花的番茄紅素β-環化酶lcy,并且沒有npt II(下圖B),這樣第二個版本里轉入大米的基因總數也是4個。這兩個版本的黃金大米都可以產生β-胡蘿卜素,并且表型類似(水稻種子都呈黃色),并且第二版本產生的類胡蘿卜素的種類變化比較大,而第一個版本產生的類胡蘿卜素主要是β-胡蘿卜素。當然無論哪個版本,轉入黃金大米的基因數都是4個。



第二代黃金大米是轉入單個質粒,有一個測試版(下圖A)和正式版(下圖B)。什么叫測試版?因為第一,psy基因很多植物都有包括大米;第二,即使在同一個植物如玉米,psy也不是單個基因,有很多旁系同源(Paralog),比如擬南芥里至少有PSY1, PSY2PSY3三個基因,水稻至少有PSY1PSY3兩個基因。所以作者先要測試哪種psy基因產生類胡蘿卜素的效率更高。因此,在測試版里,每種質粒需要轉入3個基因,分別是噬夏孢歐文菌crtI再接上豌豆的加氧酶RUBISCO的葉綠體轉運肽的SSUcrtI基因,用來做篩選的抗潮霉素的hpt標記基因,以及分別來自水稻、玉米、胡椒、西紅柿和水仙的psy基因(下圖A)。比較搞笑的是,用大米自己的psy基因獲得的類胡蘿卜素(18微克/克大米)貌似比轉玉米的psy更有效率(14微克/克大米),所以我也是看的一頭霧水,不明白為什么不直接轉大米自己的psy基因得了。

總之經過測試、比較之后,正式版二代黃金大米共轉入3個基因,包括玉米來源的psy基因,SSUcrtI,以及用來做篩選、并且安全無害的大腸桿菌甘露糖-6-磷酸異構酶基因pmi(下圖B)。這樣不管是測試版,還是正式版,二代黃金大米都是轉入3個基因。


因此,黃金大米總共的轉基因數量= 第一代轉基因數量的均值+第二代的均值 = 3+4 = 7。所以黃金大米轉進去7個基因,這個說法沒有問題。當然也有朋友抗議,認為拿來做篩選用的標記基因不算數,只有功能基因算數,因此第一代轉了3個,第二代轉了2個,加起來應該是5個。這個說法沒有道理,這是因為第一,一代黃金大米事實上lcy基因是個添頭,psy + crtI這倆基因就夠用了,所以怎么數也應該是4個功能基因;第二,有證據表明大家關注黃金大米的安全性,主要就是看標記基因是不是安全,例如20054月與二代黃金大米同期刊發的NBT社論,以“重新捯飭的黃金大米”(Reburnishing golden rice)為題,上來就講,先正達在過去四年里將一種未經批準、含有氨芐青霉素抗性標記的轉基因玉米錯誤的擴散,這件事兒上個月被揪出來結果搞得一地雞毛(“The revelation last month that Syngenta has mistakenly distributed an unapproved variety of GM corn containing an ampicillin resistance marker over the past four years reveals a monumental foul up”),所以至少老外還是很關注安全性的問題,因此忽略掉標記基因不嚴謹。

總結,第一,黃金大米總共轉了7個基因,這個說法沒有問題。第二,與朋友討論過,二代黃金大米從技術上來講,沒有安全性的隱患,總共就轉了仨基因,玉米的psy,歐文菌的SSUcrtI,以及大腸桿菌的pmi,所以這也是眾多諾獎得主力挺黃金大米的原因。第三,那為啥黃金大米在我國會被抵制成這樣?千言萬語化成一句老話:不怕XX一樣的對手,就怕XX一樣的隊友。關于這個問題講的比較全面的,可以看網友jrry86的《盤點那些轉基因作物之黃金大米篇》。第四,不管是美國科學院那份407頁的報告,還是英國皇家學會的簡要科普,都認為沒有證據表明轉基因不安全,也沒有證據表明吃轉基因食品會有危險,當然,監督是必需的。

最后,我得感謝jrry86網友,大家就轉基因個數討論了很久,在此期間我也是受益良多,學習了不少東西。另外,借用海林兄的觀點作為本篇的總結:我們既要有支持的人,也要有反對的人,這樣我們才能安全的前進。



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