国外转基因技术研发及中国转基因作物产业化发展

　　摘要 21 世纪是生物技术的世纪，加快转基因技术研发已成为世界各国增强核心竞争力的战略决策。介绍了全球转基因作物的研发、种植及应用状况。农业生物技术产业进入全球化布局的新阶段，各国纷纷规划和布局，以期在渐趋垄断的技术与市场中争得先机。经过 20 年的发展，我国在生物技术研发领域已取得长足进步，抗虫棉大面积推广，产生了良好的经济效益和社会效益。但受消极舆论环境等因素的影响，推动其他转基因作物产业化的进程缓慢。我国是一个人口大国，粮食供需矛盾突出，大力发展生物技术产业是我国未来的必然选择。我国一方面要在确保安全的基础上坚持走自主创新之路； 另一方面政府要建立及时的信息披漏机制，营造良好的舆论环境，从国计民生出发，在科学的基础上自主决策，推动我国生物技术产业的健康、有序发展。
　　
　　关键词 生物技术 转基因 规划布局 产业化。
　　
　　生物技术是世界上应用最为迅速的作物育种技术，1996 ~2015 年，全球转基因作物商业化种植面积从170 万公顷增加到 1. 797 亿公顷，增长了 100 倍，农民收益超过了 1 500 亿美元[1].生物技术本身蕴含的巨大应用潜力和无限商机，令全球注目，各国政府、企业和科研机构都加入到了生物技术研发和应用的洪流中。
　　
　　1 全球转基因技术发展动态。
　　
　　转基因生物技术源于重组 DNA 技术的发明，1973年美国科学家发明了重组 DNA 技术，1983 年美国首例转基因植物（ 烟草和马铃薯） 培育成功[2].1996 年始，转基因作物在全球商业化应用[3],至2015 年已有26 种转基因作物（ 不包括康乃馨、玫瑰和矮牵牛） 的 363 个转化体获准商业化种植或环境释放[1].随着转基因产品不断涌现，转基因产品持续处于更新换代中： 第一代以抗病虫、耐除草剂、抗逆转基因作物为主，旨在提高作物抵抗生物胁迫或非生物胁迫的能力，进而提高作物产量、降低投入； 第二代以品质改良转基因作物为主，包括提高作物的维生素、赖氨酸、油酸等营养成分含量，剔除过敏原及植酸、胰蛋白酶抑制因子、硫葡萄糖苷等抗营养因子，使转基因食品营养更丰富、更可口； 第三代以功能型高附加值的转基因生物为主，如生物反应器、生物制药、生物燃料、化工原料、清除污染等特殊功能的改良为主，旨在拓展新型转基因生物在健康、医药、化工、环境、能源等领域的应用[4].
　　
　　目前，大规模商业化种植的转基因作物主要是第一代、第二代转基因产品，其主要性状依然是耐除草剂、抗虫、抗病毒、抗逆等。研究证实，随着种植时间的延长，单个基因控制的抗虫、耐除草剂性状易使目标害虫和目标杂草产生抗性。由此催生了聚合两个或三个抗虫、抗杂草基因的第二代抗虫/耐除草剂复合性状作物，如 Bollgard-IIITM和 EnlistTM产品[5].国际农业生物技 术 应 用 服 务 组 织 （ International Service for theAcquisition of Agri-biotech Applications,ISAAA） 的数据显示，在商业化种植或环境释放的转基因品种中，耐除草剂基因最为多样化，包括 2,4-D、麦草畏、草铵膦、草甘膦、异五氟等除草剂耐受性。为了满足种植、生产、加工或消费的多样化需求，商业化转基因作物的目标性状越来越多样化，涵盖木质素改变、抗过敏、延迟成熟/衰老、耐受干旱胁迫、增强光合作用/产量等诸多性状。转基因研发正在由以抗虫、抗逆和耐除草剂等增产为目的的品种改良逐渐发展为以增产和改善产品品质并重的品种改良，以及以工业、医药和生物反应器等为目的的品种改良。国际水稻研究所（ InternationalRice Research Institute,IRRI） 为改善数百万维生素 A缺乏者的健康状况而研发的黄金大米已进入田间试验阶段[1].
　　
　　为了满足农户和消费者的多样化需求，从 2006 年开始，复合性状产品成为转基因产品培育的一个重要方向，并开始大规模种植。2007 年，复合性状产品增加了 66%,种植面积为 2 180 万公顷，占据了全球转基因作物种植面积的 19%[6]; 2015 年复合性状产品种植面积达到 5 850 万公顷，占总面积的 33%[1].复合性状产品呈加速度发展的态势，聚合抗虫、耐除草剂、耐干旱胁迫，加上营养改良等性状的复合性状转基因产品将是未来转基因育种的一个重要方向。
　　
　　在传统转基因技术成功应用 20 年后，生物技术领域又兴起了基因组编辑技术，包括锌指核酸酶（ zincfinger nuclease,ZFN） 、转录激活因子样效应物核酸酶（ transcription activator-like effector nuclease,TALEN） 系统、规律成簇的短回文重复序列（ clustered regularlyinterspaced short palindromic repeat,CRISPR ） / CRISPR关联蛋白（ CRISPR-associated protein,Cas） 系统等技术[7-8].基因组编辑技术可以实现对作物基因组的定点突变或编辑，并且最终植物中不含有外源 DNA 存在。其中 CRISPR 技术被《科学》杂志的杂志评为 2015年“年度最杰出突破”[9].CRISPR/Cas9 技术可以同时对控制重要性状的单个或多个基因进行定点基因突变、替换/插入、大片段缺失等操作，产生有预期性状的改良作物[8].《科学》通讯记者 John Travis 认为，利用CRISPR 技术改良的作物具有精准、快速、成本低、无需监管的优点[9].但目前对于 CRISPR 技术改良作物是否需要监管，还存有争议。
　　
　　在 2015 年和 2016 年，中国、美国、欧盟和阿根廷等多个国家及地区的研发者和管理部门进行了多次交流，商讨对基因组编辑育种产品的监管事宜以促进育种新技术的应用[10].虽然欧盟对转基因产品监管比较严格，只要有外源 DNA 转入细胞就视为转基因，而不论最终产品中是否还有外源 DNA 存在[11],但这次在与中国的交流中欧盟明确表示对基因组编辑的产品若与传统的诱变育种产生的产品相似将放松监管； 美国已经明确部分基因组编辑技术改良的作物可免受《生物技术监管协同框架》的管理，对基因组编辑产品的监管遵循个案分析的原则[10,12].美国农业部（ The UnitedStates Department of Agriculture,USDA） 已认可多项利用基因组编辑技术创制的植物产品不属于转基因监管范畴： 包括通过基因编辑 ZFN 技术创制的低肌醇六磷酸玉米品系、通过 TALEN 技术创制的耐冷藏低丙烯酰胺的马铃薯和高油酸的大豆[13]等。2016 年 4 月，美国农业部又宣布不对采用 CRISPR/Cas9 技术改良的抗褐变蘑菇进行监管[14].
　　
　　2014 年 3 月，加拿大通过了其第一个基因组编辑油菜品种 SU CanolaTM,该耐除草剂油菜品种是由 CibusGlobal 公司研发，2015 年在美国种植了4 000 公顷，预计在 2016 年能够上市销售[15].目前 CRISPR 编辑技术已被用于油菜、玉米、小麦、大豆、水稻、马铃薯、番茄和花生等重要农作物的改良[16].全球许多实验室正在采用基因组编辑技术进行作物的分子育种，以期最快在 2020 年后实现基因组编辑产品的商业化。例如，杜邦公司宣称已经通过 CRISPR/Cas9 技术研发出基因组编辑的糯玉米，并有望在 2016 年进行田间试验[1].无论 CRISPR 基因编辑技术产品是否会被各国纳入转基因安全监管的范畴，基因组编辑技术必将引领作物的分子育种进入一个新的时代。
　　
　　2 各国高度重视转基因技术研发。
　　
　　大多数国家对转基因生物研究与产业化政策日趋积极，把发展生物技术作为支撑发展、引领未来的战略选择，力求抢占新一轮经济和科技革命的先机与制高点。印度 2007 年制定“生物技术发展战略”,英国 2010年制定“生物科学时代： 2010 ~2015 战略计划”,俄罗斯2012 年制定“2020 年生物技术发展综合计划”,德国2013 年制定“生物经济发展战略”,日本政府制定了“战略创新推进计划”.目前，农业生物技术产业进入全球化布局的新阶段，技术与市场垄断更加集中，呈现出三个梯队。第一梯队： 美国一家独大，技术占绝对优势，拥有世界上约一半的生物技术公司和生物技术专利； 第二梯队： 欧洲和日本等发达国家研究与技术力量雄厚； 第三梯队： 巴西、印度等新兴国家积极发展农业生物技术，试图打破国际跨国公司技术与市场垄断，建立全球生物产业发展新格局[17].农业转基因技术研发已成为世界各国增强农业核心竞争力的战略抉择。