基因超進(jìn)化：農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因之外的一條新路徑

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來源：轉(zhuǎn)載

2018-02-09

科研團(tuán)隊已通過自主研發(fā)的“基因超進(jìn)化”技術(shù)，在實驗室內(nèi)對水稻自身的EPSPS基因（抗草甘膦除草劑基因）進(jìn)行高通量篩選、分離，促進(jìn)其定向、高速進(jìn)化，得到高抗草甘膦的功能性基因，并獲得兩項發(fā)明專利。

以往，人們對轉(zhuǎn)基因作物的爭論焦點是，把外源基因（如來自病原體、細(xì)菌的基因）轉(zhuǎn)入農(nóng)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(nóng)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(biāo)的“基因超進(jìn)化”技術(shù)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(tuán)隊已通過自主研發(fā)的“基因超進(jìn)化”技術(shù)，在實驗室內(nèi)對水稻自身的EPSPS基因（抗草甘膦除草劑基因）進(jìn)行高通量篩選、分離，促進(jìn)其定向、高速進(jìn)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(nóng)業(yè)育種界的目標(biāo)，但僅靠植物自身的基因突變，是漫長且隨機(jī)的過程。上世紀(jì)90年代，種業(yè)巨頭孟山都率先在農(nóng)桿菌中分離出EPSPS基因的突變體CP4基因，并將該基因轉(zhuǎn)入植物使其獲得草甘膦抗性，這也開啟了全球農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因的浪潮。

“CP4并非來源植物，而是來自草甘膦生產(chǎn)工廠內(nèi)發(fā)生突變的‘農(nóng)桿菌’，這成為轉(zhuǎn)基因作物的爭議。”項目承擔(dān)企業(yè)——四川天豫興禾生物科技有限公司首席科學(xué)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(xué)家只有將細(xì)菌中的抗體基因轉(zhuǎn)入植物。

為找到一條僅靠農(nóng)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(nóng)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(jìn)化”技術(shù)。

“基因超進(jìn)化是指在一個特定的系統(tǒng)中，使植物的目標(biāo)基因按照預(yù)設(shè)的要求，完成高效、快速、定向的進(jìn)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(shù)的創(chuàng)新在于，能夠?qū)⒛繕?biāo)基因從水稻等作物中提取出來，在實驗室進(jìn)行大規(guī)模突變和高速篩選，“傳統(tǒng)的基因進(jìn)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(jìn)化技術(shù)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(nóng)作物基因編輯“量體裁衣”

目前，胥南飛團(tuán)隊已承擔(dān)四川省科技計劃項目《植物抗草甘膦功能基因的快速進(jìn)化與篩選研究》，其目標(biāo)正是運用“基因超進(jìn)化”的原理建立抗草甘膦除草劑基因的高效進(jìn)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(jìn)化不斷提升該基因?qū)Σ莞熟⒌目剐浴?/p>

科技日報記者在胥南飛團(tuán)隊已獲得的專利證書中看到，該團(tuán)隊已經(jīng)篩選獲得的高抗草甘膦基因，是當(dāng)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(nóng)作物基因編輯‘量體裁衣’。”胥南飛說，團(tuán)隊篩選出高抗草甘膦基因后，可以應(yīng)用基因修飾技術(shù)將該基因?qū)胫参矬w，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(nèi)源基因，后期應(yīng)用極為方便。如采用全球最新的基因編輯方法將其導(dǎo)回水稻，可在2、3年的時間內(nèi)，培育出非轉(zhuǎn)基因抗草甘膦水稻新品種。”

由于基因超進(jìn)化技術(shù)的高效性，目前胥南飛團(tuán)隊已將多種農(nóng)作物基因進(jìn)化為高抗草甘膦基因，并正通過基因編輯技術(shù)，嘗試將這些來源于植物本身的高抗草甘膦基因?qū)朕r(nóng)作物。“未來，該技術(shù)可用于改造玉米、小麥、大豆、油菜、棉花等農(nóng)作物，獲得相應(yīng)非轉(zhuǎn)基因抗草甘膦新品種。”他說，應(yīng)用這些新品種對于減少農(nóng)藥用量、節(jié)約勞動力和生產(chǎn)成本、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)都具有重要作用。

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