2017年生物科技新進展轉基因技術被譽為有史以來應用速度最快的技術,涉及農牧漁業、生物醫藥、環保、能源等諸多領域,已顯示出巨大的經濟、社會和生態效益,在滿足國家糧食與生態安全、人民健康需求等方面起著不可替代的作用。近年來,轉基因技術發展迅猛,全球轉基因作物種植面積已達1.8億公頃,轉基因三文魚獲準上市則拉開了食用轉基因動物商業化的序幕。下面將重點介紹2017年轉基因技術的重大進展。
當前,國際上轉基因植物研發已從抗蟲、抗除草劑等第一代產品向改善營養品質、提高產量、耐儲藏等第二代產品,以及工業、醫藥和生物反應器等第三代產品轉變,多基因復合性狀正成為轉基因技術研究與應用的重點。
1.2017年生物科技新進展抗生物逆境
抗病是近年來抗生物逆境轉基因植物的研發重點,已相繼培育出了抗紋枯病、稻瘟病水稻,葡萄孢菌抗性煙草,抗炭疽病、白粉病和角斑病草莓,抗麻風病、柑橘潰瘍病和青果病柑橘。利用多個不同功能基因的疊加來增強作物抗性已成為轉基因抗生物逆境的新策略。抗蟲Bt基因仍然是產業應用的重點。2013年至今,全球相繼有133例轉基因抗蟲玉米、油菜、棉花獲準種植,占全部獲批轉基因作物的43.6%。
2.提高產量
目前研究主要集中在光合效率、淀粉合成、植株株型等功能基因的挖掘與利用方面。例如,通過提高磷酸核糖焦磷酸合酶活性以提高植物生物量;利用轉基因技術提高黑麥草的代謝能力使產量增加了40%;通過干擾FUWA基因的表達來優化水稻穗型、增大粒型;通過轉SUSIBA2基因調節糖誘導的基因表達以加強淀粉合成,提高水稻產量。
3.改良品質/營養強化
通過內源功能基因的修飾,同源、異源或人工合成等優質基因的轉移和過表達可以改良作物的味道、口感等品質,或者提高葉酸、維生素、鐵、鋅等特殊營養物質含量。佛羅里達大學已培育出花青素增加的轉基因柑橘;利用來自牛乳中的葉酸結合蛋白提升了谷物(水稻、小麥、高粱)和非谷物(馬鈴薯、香蕉)中的葉酸含量;通過轉藻類基因芥藍制造出富含?-3脂肪酸健康因子的轉基因芥藍籽。2017年,美國批準了轉基因菠蘿的商業化,該菠蘿使番茄紅素大量積累并呈現粉色,比黃心菠蘿具有更高的抗癌、保護心血管及防治多種疾病的功效。
4.抗非生物逆境
研發工作主要集中在抗旱、耐鹽堿、抗高溫、耐低溫轉基因植物上。通過轉錄調控因子、激素合成、抗氧化保護、滲透調節、分子伴侶等功能基因的分離與應用,提高了植物對非生物逆境的抗性。2013年,孟山都公司在美國西部推廣種植全球第一例耐旱轉基因玉米,2017年又放開抗草甘膦轉基因匍匐剪股穎(綠化用)的種植。抗非生物逆境轉基因產品產業化應用最為廣泛的是抗除草劑作物,2013年以來已有214例進入產業化,占轉基因作物種類總數的70%。
5.耐儲藏
轉基因耐儲藏植物的產業化是除抗蟲、抗草甘膦轉基因植物外最為活躍的領域。轉基因防褐化蘋果于2015年獲得美國FDA批準,已于2017年在美國上市。該技術通過抑制蘋果中多酚氧化酶的產生,使其在切開之后不會迅速變為褐色。耐損傷及防褐化的轉基因馬鈴薯也已獲美國農業部批準。
6.藥用/工業用
目前用于表達工業用/藥用蛋白的植物種類在20種以上,表達的目標產品達上千種。利用番茄生產白藜蘆醇和染料木黃酮,可用于保健與預防與甾類激素相關的癌癥;利用抗輪狀病毒轉基因水稻,可以保護發展中國家的兒童免遭腹瀉病的侵襲;表達抗體病毒蛋白的轉基因大豆,可用于抗擊人類免疫缺陷病毒。2014年,Mapp公司利用轉基因煙草生產的新藥治愈了兩位感染埃博拉病毒的美國人。此外,利用木質素合成基因獲得木質纖維素,可用于生產生物燃料和生化原料。利用轉基因番茄生產能夠吸收紫外線和保護植物免受損害的物質,可用于化妝品生產。
7.養分高效利用
該項研究主要聚焦于培育氮磷鉀養分高效利用的轉基因作物新品種上。例如,轉細菌植酸酶基因玉米、小麥,其體內植酸水平降低,從而提高了鐵和鋅的含量。通過轉入編碼鐵調節蛋白促進了植物的微量元素攝取
8.復合性狀
利用多基因聚合獲得復合性狀轉基因作物是近年來研究和產業化的重點。近五年來,全球批準種植的轉基因作物中,具有抗蟲、抗草甘膦、品質改良、抗旱等復合性狀的轉基因作物占77%。2016年,加拿大批準了還原糖水平降低、丙烯酰胺減少、具有損傷抗性的復合型轉基因土豆的商業化。印度新德里國家植物基因研究中心將金針菇編碼C-5固醇脫氫酶