外源基因清除技术

转基因技术

外源基因清除技术(Gene-Deletor)是美国康涅狄格大学华裔教授李义领导的研究小组发展起来的，有望成为解决转基因植物环境安全性和食品安全性问题的有力工具。

背景介绍

转基因技术可提高作物产量，改善品质，减少除草剂、杀虫剂等农药使用量，节省大量劳动力，在解决全球不断增长的粮食需求和保障农业的可持续发展等方面发挥了重要作用，而且在缓解世界能源危机问题也将作出巨大贡献。然而，转基因植物的外源基因可能会通过花粉和种子等途径在种群之间扩散，有可能产生“超级杂草”，可能对生态环境和生物多样性造成危害。而且，关于转基因作物和以转基因作物为原料制造的转基因食品对人体的影响一直争论不休，在世界一些国家和地区，如欧洲和日本等地，对转基因产品抵触的人数比例较大.2006 年在欧洲调查的人群中有58%的人认为转基因食品“ 不应该被鼓励”。人们对转基因植物安全性问题的争论和担忧严重地影响转基因植物的商业化推广和应用。除非解决了人们对转基因植物和转基因食品的恐惧和担忧问题，否则公众对应用新型生物技术的抵触，将会严重阻碍农业生物工程的进一步发展。

为了解决人们对转基因植物生态安全和食品安全性的恐惧和担忧，各国都有管理转基因研究和转基因产品释放的专门法规。尽管在美国调查显示大多数人认为转基因作物是安全的，但是，美国对转基因作物安全性的审批是相当严格的，花在安全性审批试验的费用非常高。我国也有一整套转基因作物安全性审批程序和规定，与美国不同的是要求转基因食品必须在出售时进行标识，让消费者(实际上是购买者)自行选择是否选购。实际上，由于餐馆或食品加工厂可能会购买价廉物美的、由转基因原料生产的食用油用于加工食品，大多数人们难以避免食用转基因产品。许多科学家也在探索解决转基因安全性的技术，已经提出了一系列生物技术手段如转基因花粉不育技术、种子不育或无籽技术、叶绿体转基因技术和“ 终结者”种子技术等。在少数植物中取得成功的叶绿体转基因技术是将外源基因插入质体基因组中表达，花粉缺少叶绿体，在植物授粉时缺少传递叶绿体基因的途径，从而防止转基因植物中的外源基因通过花粉传播，但不能阻止种子传播。在一些园艺植物上应用的转基因无籽果实技术、以及通过核酸酶基因表达等引起转基因植物花粉不育和种子不育等技术，在收获种子的主要农作物上不能应用。转基因花粉不育技术也象叶绿体转基因技术一样，只能解决转基因植物通过花粉扩散外源基因的问题。“ 终结者”种子技术创制的转基因植物种子不能萌发，解决种子扩散外源基因的问题，但花粉传播途径仍然存在，而且，因种子不能萌发，农民不能收获种子自己播种，具有较大的社会负面影响而被停止使用。因此，迄今为止，所报道的解决转基因安全性的技术均不够完善，只是部分解决了转基因作物的生态安全性，不能从根本上解决转基因植物环境安全性问题，也没有解决人们对转基因食品安全性的担心。

美国康涅狄格大学李义教授领导的研究组2007年3 月在《Plant Biotechnology Journal》杂志上发表的“ 外源基因清除”技术(现称“Gene-Deletor”, 原为“ GM Gene-Deletor”)，为解决转基因植物的安全性问题提供了一条目前最为有效的途径。

原理

“外源基因清除”技术综合利用了两套位点特异重组酶的元件，即来源于细菌噬菌体的Cre/LoxP 系统和来自于酵母的FLP/FRT 系统，这两套系统均通过重组酶识别特定的重组位点将插入该位点间的所有外源基因删除。Cre/LoxP 和FLP/FRT 系统已经分别用于删除转基因植物的筛选标记序列(Srivastava and Ow, 2004)。“ 外源基因清除”技术综合应用了两套系统(Li et al., 2007)，其原理：创造了一个loxP 和FRT 的融合识别位点LF (LoxP-FRT)，获得了一个高效基因清除系统。特异启动子驱动重组酶FLP 或者Cre 在适当的时间和部位表达，重组酶识别融合识别位点LF，两个融合识别位点之间的序列(包括重组酶的基因序列)在特定的时期、从特定植物器官的细胞基因组中全部清除。

特点

与以前的相关技术相比“外源基因清除”技术具有几个显著优点：

(1)能够将转基因植物花粉和种子中的外源基因全部清除。

(2)大幅度地提高了转基因植物中外源基因的删除效率。实验证明，在3 万多株转基因烟草后代植株中，基因清除效率达到了100%。

(3)“ 外源基因清除”技术更适合于生产上应用，尤其是在第二代(生产者和消费者都受益的性状改良)和第三代(以转基因植物作为生物反应器)基因工程产品生产中更有应用价值。

与其它的防止外源基因扩散的技术相比有其新的优点。与“ 终结者”种子技术相比“，外源基因清除”技术更适合在生产上应用。所谓“ 终结者”种子技术就是在植物中引入种子致死基因，使种子不能正常发芽和生长，解决外源基因漂移问题，但在贫穷的发展中国家，许多农民往往习惯于播种自己收获的种子，如果农民播种“ 终结者”种子、或通过出售或交换使其他农民也播种“ 终结者”种子，就会因种子不发芽导致颗粒无收。“ 外源基因清除”技术不仅具备了“ 终结者”种子防止外源基因扩散的的技术优点，还解决了“ 终结者”种子技术没有解决的转基因食品的安全性问题，也克服了“ 终结者”种子技术本身的缺陷，即很多批评者指出的“ 终结者”种子技术迫使农民每年都要购买新种子播种的问题。因为“ 外源基因清除”技术只将种子中的外源基因清除，农民自己可以收获已经清除外源基因的种子进行播种，种子能正常发芽和生长，只不过没有了外源基因及其表现出来的优良性状，但农民仍然可以获得品种作物的收成。可见，“外源基因清除”技术既保护了种子公司在转基因技术上的知识产权，也不影响贫穷农民用所收获的种子第二年播种，是一个种子公司与农民都能双赢的技术。奥地利植物分子生物学家Wngdy Sawahel 撰文评价时指出，李义的“ 外源基因清除”技术为人们多年来就著名的“ 终结者”种子技术的争论画上了一个句号。

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