——“草甘膦”可抗除78種雜草中的76種

     自人類耕作以來，就在探索有效防除雜草的途徑。草甘膦，因能在結(jié)構(gòu)上阻斷植物體內(nèi)芳香族氨基酸生物合成，導(dǎo)致雜草和作物死亡，有效控制危害最嚴(yán)重78種雜草中的76種，而占據(jù)著農(nóng)藥銷售榜的首位。

    科學(xué)家夢(mèng)想將抗草甘膦基因?qū)胱魑镏?，獲得抗草甘膦的轉(zhuǎn)基因作物?？钩輨?，便成為轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化后，最具優(yōu)勢(shì)的性狀之一。

    這些特性首先增加了作物的產(chǎn)量。“種植抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物可采用窄行間距方法，比如轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆的行間距能從76厘米縮小到33厘米或更小。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所所長(zhǎng)林敏介紹說，從1996年以來，美國(guó)采用窄行間距方式使大豆增產(chǎn)35%。

    此外，種植的抗除草劑轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物在使用除草劑后，對(duì)田間作物的殘留物無需進(jìn)行處理，減少了勞動(dòng)力的數(shù)量和力度。據(jù)了解，如果每年種植抗草甘膦轉(zhuǎn)基因玉米1000萬畝，平均每畝可減少除草用工3個(gè)，每年可減少3000萬勞動(dòng)工作日。同時(shí)，因?yàn)槊慨€玉米增產(chǎn)30—50公斤，農(nóng)民每畝可增收50—100元。

    2011年，全球耐除草劑性狀的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物占到總轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物種植面積的59%。面對(duì)如此龐大的市場(chǎng)，美國(guó)孟山都等公司在投巨資開展基因研究和開發(fā)的同時(shí)，申請(qǐng)并獲得了上百項(xiàng)與草甘膦抗性相關(guān)基因的專利。目前推廣的抗草甘膦作物品種中，有69.2%由孟山都研成。

    我國(guó)每年因雜草引起損失約占糧食總產(chǎn)的10%。但由于抗草甘膦基因長(zhǎng)期開發(fā)的欠缺，始終沒有商業(yè)化生產(chǎn)的抗草甘膦轉(zhuǎn)基因作物品種。突出跨國(guó)公司的壟斷，成為緊迫的使命。

    中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所研究小組臨危受命，與北京大學(xué)等研究單位密切合作，開始了自主創(chuàng)新抗除草劑轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的研發(fā)之路。

    中國(guó)科學(xué)家采取3條技術(shù)路線齊頭并進(jìn)的方法：首先利用我國(guó)極其豐富的污染環(huán)境微生物基因資源優(yōu)勢(shì)，建成一批具有中國(guó)特色和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的功能菌株庫(kù)、功能基因庫(kù)和分子酶庫(kù)。另一方面，建立環(huán)境基因組學(xué)技術(shù)、功能基因組學(xué)分析技術(shù)、高通量表達(dá)篩選技術(shù)以及高水平技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行集成。同時(shí)，完善極端污染土壤微生物樣品的DNA免培養(yǎng)分離技術(shù)及功能基因篩選平臺(tái)，以及草甘膦抗性基因作為篩選標(biāo)記的基因表達(dá)和功能鑒定的真核篩選系統(tǒng)。

    通過努力，結(jié)構(gòu)新穎、功能明確、草甘膦抗性顯著的EPSP合成酶基因誕生。這是一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型抗草甘膦基因，同時(shí)獲得了國(guó)內(nèi)發(fā)明專利和美國(guó)專利。

    其中，G2-EPSPS基因作為研究組從免培養(yǎng)技術(shù)構(gòu)建的群落水平DNA庫(kù)中分離鑒定的第一個(gè)抗草甘膦基因，成為草甘膦抗性最強(qiáng)、酶活最高的基因之一。

    “經(jīng)試驗(yàn)，G2-EPSPS基因的結(jié)構(gòu)新穎，在核酸水平上與已見報(bào)道的EPSP合成酶編碼基因無任何同源性，與孟山都公司專利報(bào)道的根癌農(nóng)桿菌CP4的同源性為24.53%，且不含有專利保護(hù)序列和突變位點(diǎn)。在酶學(xué)水平上G2-EPSPS基因草甘膦耐受性高于孟山都公司的CP4-EPSPS基因，是一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和重要育種價(jià)值的新型抗草甘膦基因。”林敏強(qiáng)調(diào)說。

    該小組同時(shí)與國(guó)內(nèi)眾多研究機(jī)構(gòu)以及北京奧瑞金種業(yè)有限公司等合作，開展了轉(zhuǎn)G2-EPSPS基因玉米、棉花、油菜、水稻、大豆和小麥等的研發(fā)工作。

    從2010年開始，經(jīng)過北京、海南兩地連續(xù)三代試驗(yàn)，奧瑞金研究人員發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因玉米在田間生產(chǎn)上能穩(wěn)定耐受使用劑量5倍的草甘膦。模擬農(nóng)民噴施除草劑的方法后，也發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因玉米在能耐8倍的草甘瞵。研究人員在北京、海南兩地的兩個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)，對(duì)轉(zhuǎn)基因玉米的農(nóng)藝性狀進(jìn)行了觀察和測(cè)量，結(jié)果表明，與非轉(zhuǎn)基因受體玉米相比，轉(zhuǎn)基因玉米除耐草甘膦目標(biāo)性狀以外，其他農(nóng)藝性狀等均與非轉(zhuǎn)基因受體玉米沒有差異。

    同時(shí)，對(duì)進(jìn)入生產(chǎn)性試驗(yàn)的抗草甘膦轉(zhuǎn)基因玉米的環(huán)境安全和食品安全，研究小組委托國(guó)家認(rèn)可的兩家檢測(cè)機(jī)構(gòu)中國(guó)農(nóng)科院植保所和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品安全檢測(cè)中心分別進(jìn)行試驗(yàn)。

    “2009年邁出了產(chǎn)業(yè)化過程中最關(guān)鍵的一步，我們與種業(yè)公司簽訂了基因獨(dú)家使用和共同推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化協(xié)議。利用本發(fā)明專利所保護(hù)的EPSP合成酶基因培育出轉(zhuǎn)基因抗草甘膦玉米，進(jìn)行了轉(zhuǎn)基因生物安全的中間試驗(yàn)和環(huán)境釋放試驗(yàn)，于2012年獲得農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)，進(jìn)入生產(chǎn)性試驗(yàn)階段，這也是轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵階段，如能在今后兩年內(nèi)獲得生物安全評(píng)價(jià)的安全證書，3—5年內(nèi)獲得品種審定并實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)，將有利于打破跨國(guó)公司在抗除草劑轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)上的壟斷。”林敏說。