一种广泛用于使作物具有除草剂抗性的基因改造技术已被证明,即使在没有除草剂的情况下,也能赋予一种杂草稻优势。这一发现表明,这种改造的影响有可能超出农场范围,扩展到野外。
几种作物已经过基因改造,以抵抗草甘膦,这是一种最初以农达为商标销售的除草剂。这种草甘膦抗性使农民能够清除田地里的大部分杂草,而不会损害他们的作物。
草甘膦通过阻断一种名为 EPSP 合酶的酶来抑制植物生长,这种酶参与生产某些氨基酸和其他分子,这些分子占植物质量的 35% 之多。这种基因改造技术——例如,在生物技术巨头孟山都公司(总部位于密苏里州圣路易斯)生产的农达Ready作物中使用——通常涉及将基因插入作物基因组中,以提高 EPSP 合酶的产量。这些基因通常来源于感染植物的细菌。
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额外的 EPSP 合酶使植物能够承受草甘膦的影响。生物技术实验室也曾尝试使用植物而非细菌的基因来提高 EPSP 合酶的产量,部分原因是利用美国法律中的一个漏洞,该漏洞有助于对携带非源自细菌害虫的转基因生物进行监管批准。
很少有研究测试过,一旦赋予草甘膦抗性的转基因通过异花授粉进入杂草或野生近缘种后,是否会使这些植物在生存和繁殖方面更具竞争力。“传统的预期是,在没有选择压力的情况下,任何类型的转基因都会在野外造成不利影响,因为额外的机制会降低适应性,”加利福尼亚大学河滨分校的植物遗传学家 Norman Ellstrand 说。
但现在,由上海复旦大学生态学家卢宝荣领导的一项研究挑战了这一观点:它表明,即使不施用草甘膦,普通水稻作物的杂草形态Oryza sativa也能从草甘膦抗性中获得显着的适应性提升。
在他们本月发表在New Phytologist上的研究中,卢和他的同事对栽培稻种进行了基因改造,使其过度表达自身的 EPSP 合酶,并将改造后的水稻与杂草近缘种杂交。
然后,该团队允许杂交后代彼此繁殖,产生二代杂交种,这些杂交种在基因上彼此相同,除了编码 EPSP 合酶的基因拷贝数不同。正如预期的那样,那些具有更多拷贝的杂交种表达更高水平的酶,并且比未改造的同类物产生更多的氨基酸色氨酸。
研究人员还发现,转基因杂交种的光合作用速率更高,长出更多的枝条和花朵,并且比非转基因杂交种每株植物产生多 48–125% 的种子——在没有草甘膦的情况下。
卢说,使杂草稻更具竞争力可能会加剧其对世界各地受这种害虫侵扰的农民造成的问题。
英国伯明翰大学的植物遗传学家 Brian Ford-Lloyd 说:“如果 EPSP 合酶基因进入野生稻种,它们的遗传多样性(对于保护遗传多样性非常重要)可能会受到威胁,因为带有转基因的基因型会胜过正常物种。”“这是 [转基因作物] 对环境产生极有可能的破坏性影响的最清晰的例子之一。”
该研究还挑战了公众的看法,即携带自身基因额外拷贝的转基因作物比含有微生物基因的转基因作物更安全。“我们的研究表明情况并非一定如此,”卢说。
一些研究人员表示,这一发现呼吁重新思考未来对转基因作物的监管。“有些人现在说,生物安全监管可以放松,因为我们对二十年的基因工程感到非常放心,”Ellstrand 说。“但这项研究表明,新产品仍然需要仔细评估。”