龙五?龙舞!分享 http://blog.sciencenet.cn/u/DaCaiNiao 行踪常在云霄外,天下英豪我第一

博文

黄金大米究竟转了几个基因? 精选

已有 23634 次阅读 2016-8-7 15:25 |系统分类:观点评述

上来先问个学术问题,如题:黄金大米究竟转了几个基因?我觉得这个问题绝大多数的朋友应该是肯定会答错的,因为我看了一个多月的资料,最后还是搞错了,后来和朋友们反复讨论了很多次才搞清楚答案。咱不是搞转基因的,所以个人以为这类问题事实上应该有专家出来给大家科普,巴特,这方面的科普不怎么多,所以兄弟我很郁闷,只好自己来讲了。很抱歉,我认为我讲的内容是准确的,如果有误,还请不吝指教。

开篇是问题,接下来需要道歉。我得向杨子恒老师说声抱歉。说抱歉的原因是前段时间被人给骂了,说我很久以前写的《史上最强灌水:奇葩的MEGA》对杨老师不尊重,所以我得道歉。当然对于这样的指责兄弟我内心是崩溃的,因为第一,MEGA不是杨老师做的,PAML才是杨老师做的软件;第二,每年稳定灌水50+的那位是"Katoh M",日本人,跟咱中国没有关系;第三,杨老师是不是很落魄潦倒语言不通,这事儿哪有人能信啊,当相声听听就得了;第四,这篇博文只有160个字讲到杨老师,并没有不当的言论;第五,非要我道歉那我就道歉得了,虽然这个歉道的貌似比较蒙圈儿。

==================================

讲正事儿。话说上一篇省略的部分是:“例如就转基因的科普来讲,草甘膦不是除虫剂而是除草剂,Bt基因不是单个基因而是一类基因的总称,2000年开发的第一代的黄金大米(Golden Rice)里总共转进去三个基因,分别是从黄水仙花中获得的八氢番茄红素合成酶(phytoene synthase, psy)、从噬夏孢欧文菌中获得的八氢番茄红素去饱和酶或β-胡萝卜素去饱和酶(phytoene desaturase, crtI),以及从黄水仙花中获得的番茄红素β-环化酶(lycopene β-cyclase, lcy)。其中前两个基因是功能基因用来产生类胡萝卜素(主要是β-胡萝卜素),第三个基因则用来确定转基因成功与否因此不是必须的由于水仙花的八氢番茄红素合成酶效率不高,因此2005年改良后的第二代黄金大米,是从玉米里获得相应的psy基因,这样可以将产生类胡萝卜素的效率从1.6微克/克大米最高提升到37微克/克大米,平均值约是25微克β-胡萝卜素/克大米,如果每天摄入72克黄金大米,则β-胡萝卜素摄入总量为1800微克,考虑到β-胡萝卜素摄入量与维生素A的生成量之比为12:1,因此可以计算得到摄入72克黄金大米可产生150微克的维生素A,正好达到美国每日推荐膳食供给量(RDA)对1-3岁儿童要求的维生素A摄取量的一半。另外,截止到2015年,全世界共有28个国家种植转基因作物,耕地面积1.797亿公顷(179.7万平方公里),超过全世界可耕种土地的10%,相当于英国陆地面积的七倍。我国新疆维吾尔自治区总面积约166万平方公里,因此转基因耕种面积比新疆大。美国、巴西、阿根廷、印度和加拿大是转基因作物种植面积排名前五的国家,其中美国的种植面积是70.9万平方公里,而东北三省的总面积约为80万平方公里,因此比东三省小一些。美国是世界上种植商业化转基因作物种类最多的国家,总共有十种转基因作物,包括苹果、大豆、紫花苜蓿、番木瓜、土豆、南瓜、芥花(就是油菜)、甜菜、棉花和玉米。中国转基因作物的种植面积全世界排第六位,为3.7万平方公里,比海南省的3.54万平方公里稍高。中国已经批准的商业化转基因作物只有三种,分别是白杨、棉花和番木瓜。所以万变不离其宗,无论科普怎么做,基本的科学事实是要力求准确的。”

本来上面这一段是写在《科普这口锅,科学家不背谁背?》里的,媒体朋友拿到初稿之后,跟我讨论了半天国内科普的现状,完了很有技巧的来一句:我最讨厌那些写科普夹带私货的。我。。。思考了一秒钟之后,我老老实实的承认错误:要不您把这段删掉得了。所以就删掉了。

话说这一段我写的不严谨,其中斜体并且下划线标出的内容,应该是错误的内容。这里主要参考两篇科普性文章,一篇是刘学武老师转载的、网友jrry86原创的《盘点那些转基因作物之黄金大米篇》,另外一篇是知乎上《黄金大米到底转入了几个基因?》一文Jing Chen网友的回答,答案是对的。咱参考原始文献,总结一下Jing Chen网友的主要结论,算是狗尾续貂。

黄金大米的研发在文献里有两代:

1. Ye X, et al., Engineering the provitamin A (beta-carotene) biosynthetic pathway into (carotenoid-free) rice endosperm. Science, 2000, 287(5451):303-5. (第一代黄金大米)

2. Paine JA, et al., Improving the nutritional value of Golden Rice through increased pro-vitamin A content. Nat Biotechnol, 2005, 23(4):482-7. (第二代黄金大米)

第一代黄金大米有两种设计方案,单转pB19hpc质粒(下图A),或共转入pZPsCpZLcyH两个质粒(下图B)。在pB19hpc质粒里,包括水仙花的八氢番茄红素合成酶psy,噬夏孢欧文菌的八氢番茄红素去饱和酶或β-胡萝卜素去饱和酶crtI,以及两个用来筛选的基因,即对潮霉素有抗性的潮霉素磷酸转移酶aphIV,以及对卡那霉素有抗性的新霉素磷酸转移酶npt II(下图A),所以第一个版本里转入大米中的基因总数是4个。

在共转入的pZPsCpZLcyH质粒中,除了上述的psy, crtIaphIV三个基因之外,还引入了一个水仙花的番茄红素β-环化酶lcy,并且没有npt II(下图B),这样第二个版本里转入大米的基因总数也是4个。这两个版本的黄金大米都可以产生β-胡萝卜素,并且表型类似(水稻种子都呈黄色),并且第二版本产生的类胡萝卜素的种类变化比较大,而第一个版本产生的类胡萝卜素主要是β-胡萝卜素。当然无论哪个版本,转入黄金大米的基因数都是4个。



第二代黄金大米是转入单个质粒,有一个测试版(下图A)和正式版(下图B)。什么叫测试版?因为第一,psy基因很多植物都有包括大米;第二,即使在同一个植物如玉米,psy也不是单个基因,有很多旁系同源(Paralog),比如拟南芥里至少有PSY1, PSY2PSY3三个基因,水稻至少有PSY1PSY3两个基因。所以作者先要测试哪种psy基因产生类胡萝卜素的效率更高。因此,在测试版里,每种质粒需要转入3个基因,分别是噬夏孢欧文菌crtI再接上豌豆的加氧酶RUBISCO的叶绿体转运肽的SSUcrtI基因,用来做筛选的抗潮霉素的hpt标记基因,以及分别来自水稻、玉米、胡椒、西红柿和水仙的psy基因(下图A)。比较搞笑的是,用大米自己的psy基因获得的类胡萝卜素(18微克/克大米)貌似比转玉米的psy更有效率(14微克/克大米),所以我也是看的一头雾水,不明白为什么不直接转大米自己的psy基因得了。

总之经过测试、比较之后,正式版二代黄金大米共转入3个基因,包括玉米来源的psy基因,SSUcrtI,以及用来做筛选、并且安全无害的大肠杆菌甘露糖-6-磷酸异构酶基因pmi(下图B)。这样不管是测试版,还是正式版,二代黄金大米都是转入3个基因。


因此,黄金大米总共的转基因数量= 第一代转基因数量的均值+第二代的均值 = 3+4 = 7。所以黄金大米转进去7个基因,这个说法没有问题。当然也有朋友抗议,认为拿来做筛选用的标记基因不算数,只有功能基因算数,因此第一代转了3个,第二代转了2个,加起来应该是5个。这个说法没有道理,这是因为第一,一代黄金大米事实上lcy基因是个添头,psy + crtI这俩基因就够用了,所以怎么数也应该是4个功能基因;第二,有证据表明大家关注黄金大米的安全性,主要就是看标记基因是不是安全,例如20054月与二代黄金大米同期刊发的NBT社论,以“重新捯饬的黄金大米”(Reburnishing golden rice)为题,上来就讲,先正达在过去四年里将一种未经批准、含有氨苄青霉素抗性标记的转基因玉米错误的扩散,这件事儿上个月被揪出来结果搞得一地鸡毛(“The revelation last month that Syngenta has mistakenly distributed an unapproved variety of GM corn containing an ampicillin resistance marker over the past four years reveals a monumental foul up”),所以至少老外还是很关注安全性的问题,因此忽略掉标记基因不严谨。

总结,第一,黄金大米总共转了7个基因,这个说法没有问题。第二,与朋友讨论过,二代黄金大米从技术上来讲,没有安全性的隐患,总共就转了仨基因,玉米的psy,欧文菌的SSUcrtI,以及大肠杆菌的pmi,所以这也是众多诺奖得主力挺黄金大米的原因。第三,那为啥黄金大米在我国会被抵制成这样?千言万语化成一句老话:不怕XX一样的对手,就怕XX一样的队友。关于这个问题讲的比较全面的,可以看网友jrry86的《盘点那些转基因作物之黄金大米篇》。第四,不管是美国科学院那份407页的报告,还是英国皇家学会的简要科普,都认为没有证据表明转基因不安全,也没有证据表明吃转基因食品会有危险,当然,监督是必需的。

最后,我得感谢jrry86网友,大家就转基因个数讨论了很久,在此期间我也是受益良多,学习了不少东西。另外,借用海林兄的观点作为本篇的总结:我们既要有支持的人,也要有反对的人,这样我们才能安全的前进。



http://blog.sciencenet.cn/blog-404304-995058.html

上一篇:科普的大锅谁来背?
下一篇:BMC Systems Biology没有学术不端

32 蔡小宁 王从彦 许培扬 黄永义 吉宗祥 赵克勤 喻海良 陈启佳 李颖业 宁笔 武夷山 程宗明 刘立 刘全慧 姜咏江 孟佳 郑小康 武永军 黄健 鲍海飞 李土荣 付福友 王勇 李由 gduji bridgeneer abang xlianggg dachong99 yunmu dulizhi95 biofans

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (80 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2018-12-12 02:14

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部