一種廣泛用於使作物具有除草劑抗性的基因改造技術已被證明,即使在沒有除草劑的情況下,也能賦予一種雜草稻優勢。這一發現表明,這種改造的影響有可能超出農場範圍,擴充套件到野外。
幾種作物已經過基因改造,以抵抗草甘膦,這是一種最初以農達為商標銷售的除草劑。這種草甘膦抗性使農民能夠清除田地裡的大部分雜草,而不會損害他們的作物。
草甘膦透過阻斷一種名為 EPSP 合酶的酶來抑制植物生長,這種酶參與生產某些氨基酸和其他分子,這些分子佔植物質量的 35% 之多。這種基因改造技術——例如,在生物技術巨頭孟山都公司(總部位於密蘇里州聖路易斯)生產的農達Ready作物中使用——通常涉及將基因插入作物基因組中,以提高 EPSP 合酶的產量。這些基因通常來源於感染植物的細菌。
支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠持續釋出關於塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事。
額外的 EPSP 合酶使植物能夠承受草甘膦的影響。生物技術實驗室也曾嘗試使用植物而非細菌的基因來提高 EPSP 合酶的產量,部分原因是利用美國法律中的一個漏洞,該漏洞有助於對攜帶非源自細菌害蟲的轉基因生物進行監管批准。
很少有研究測試過,一旦賦予草甘膦抗性的轉基因透過異花授粉進入雜草或野生近緣種後,是否會使這些植物在生存和繁殖方面更具競爭力。“傳統的預期是,在沒有選擇壓力的情況下,任何型別的轉基因都會在野外造成不利影響,因為額外的機制會降低適應性,”加利福尼亞大學河濱分校的植物遺傳學家 Norman Ellstrand 說。
但現在,由上海復旦大學生態學家盧寶榮領導的一項研究挑戰了這一觀點:它表明,即使不施用草甘膦,普通水稻作物的雜草形態Oryza sativa也能從草甘膦抗性中獲得顯著的適應性提升。
在他們本月發表在New Phytologist上的研究中,盧和他的同事對栽培稻種進行了基因改造,使其過度表達自身的 EPSP 合酶,並將改造後的水稻與雜草近緣種雜交。
然後,該團隊允許雜交後代彼此繁殖,產生二代雜交種,這些雜交種在基因上彼此相同,除了編碼 EPSP 合酶的基因複製數不同。正如預期的那樣,那些具有更多複製的雜交種表達更高水平的酶,並且比未改造的同類物產生更多的氨基酸色氨酸。
研究人員還發現,轉基因雜交種的光合作用速率更高,長出更多的枝條和花朵,並且比非轉基因雜交種每株植物產生多 48–125% 的種子——在沒有草甘膦的情況下。
盧說,使雜草稻更具競爭力可能會加劇其對世界各地受這種害蟲侵擾的農民造成的問題。
英國伯明翰大學的植物遺傳學家 Brian Ford-Lloyd 說:“如果 EPSP 合酶基因進入野生稻種,它們的遺傳多樣性(對於保護遺傳多樣性非常重要)可能會受到威脅,因為帶有轉基因的基因型會勝過正常物種。”“這是 [轉基因作物] 對環境產生極有可能的破壞性影響的最清晰的例子之一。”
該研究還挑戰了公眾的看法,即攜帶自身基因額外複製的轉基因作物比含有微生物基因的轉基因作物更安全。“我們的研究表明情況並非一定如此,”盧說。
一些研究人員表示,這一發現呼籲重新思考未來對轉基因作物的監管。“有些人現在說,生物安全監管可以放鬆,因為我們對二十年的基因工程感到非常放心,”Ellstrand 說。“但這項研究表明,新產品仍然需要仔細評估。”