如何製造轉基因作物_風聞

理性介紹製造轉基因作物過程。

原貼：http://sitn.hms.harvard.edu/flash/2015/how-to-make-a-gmo/

作者：Chelsea Powell

摘要:轉基因作物是指利用基因工程方法進行改造的生物。儘管基因工程在生物技術中是一種常見和必要的實踐，但其在作物中的具體應用存在爭議。基因工程涉及的關鍵步驟是識別感興趣的性狀，分離該性狀，將該性狀插入所需的作物中，然後培植該作物。在過去的一個世紀裏，基因操縱的方法已經迅速改進，從簡單的選擇性育種，到將基因從一個有機體插入另一個有機體，再到最近直接編輯基因組的方法。

什麼是轉基因食物?

一種常見的誤解是，任何被認為不在我們所謂的“自然”範疇之內的動植物都是轉基因生物。我想到了不正常的大奶牛和西紅柿。然而，科學界和美國食品和藥物管理局(FDA)對轉基因食品使用了更嚴格的定義:通過基因工程創造的動物或植物。基因工程是一個術語，用來描述科學家用來直接操縱生物體基因組的生物技術方法。根據這一定義，轉基因生物不包括通過選擇性育種生產的植物或動物，也不包括通過提供激素補充劑或抗生素改造的動物。事實上，我們現在不吃任何被認為是轉基因的肉類產品，儘管農場動物可能被餵養轉基因作物。

在食品上進行的大多數基因工程的主要目標是增加作物產量和/或提高動物飼料中的營養價值。在美國市場上，沒有一種轉基因作物被改造得異常巨大。用於表示轉基因生物“科學怪物食品”形象的超大蔬菜圖片，可能根本就不是轉基因生物;一種大得不尋常的蔬菜更有可能是通過爭議較小的選擇性育種或營養補充方法而不是基因工程來培育的。

基因工程的過程

基因工程在生物研究中應用廣泛。老鼠用於生物醫學研究，細菌是用於生產胰島素等藥物，農作物用於農業。所有這些基因工程的產物都是用相同的基本步驟創造出來的：確定一個感興趣的特徵，分離出那個遺傳特徵，把那個特徵插入一個想要的生物體的基因組中，然後培育這個工程生物體。下面將詳細解釋這些步驟，並使用孟山都公司的示例作為其技術的詳細信息。其他一些大公司，如先正達、巴斯夫、陶氏、拜耳和杜邦，也在各自的網站上使用了類似的方法。

​第一步:確定你感興趣的特質

為了確定一個令人滿意的新特性，科學家們常常求助於大自然。成功地發現一種新的有趣的基因特徵通常是批判性思維和運氣的結合。例如，如果研究人員正在尋找一種能讓作物在特定環境中生存的特徵，他們就會尋找在特定環境中自然生存的生物體。或者，如果研究人員的目標是提高一種作物的營養含量，他們會篩選一份他們假設能產生感興趣的營養物質的植物清單。通過這種運氣和批判性思維的結合，轉基因生物中目前發現的一個特徵就是對除草劑農達（草甘膦）的耐受性。孟山都公司在一家草甘膦除草劑農達工廠附近發現了一種細菌，這種細菌含有一種基因，可以使它們在除草劑的作用下存活下來。雖然這種大米在美國還沒有上市，但先正達公司已經設計出一種黃金大米，這種大米含有更多的前維生素A，人體可以將其轉化為維生素A。先正達的研究人員確定了產生前維生素A的基因序列，並編制了一份用該序列篩選的植物名單。幸運的是，自然界中有一種叫做玉米的植物，它含有一種基因，這種基因可以使黃金大米產生前維生素a，其水平可以滿足缺乏維生素a的羣體的營養需求。

第二步:分離感興趣的基因特徵

比較分析是用來解釋生物體的基因組成中包含哪些有趣的特徵。將具有該性狀的植物基因組與不具有該性狀的同種植物基因組進行比較，目的是識別僅存在於前者的基因。為了鑑定基因，也可以比較具有相同性狀的不同物種的基因組，就像在培育黃金水稻時一樣。如果沒有可供比較的遺傳信息數據庫，科學家就會有目的地刪除或“敲出”感興趣的基因組的某些部分，直到丟失所需的性狀，從而識別導致該性狀的基因。

為了加快這一進程，孟山都公司開發並申請了一種叫做種子切片的方法的專利。孟山都公司通過這種方法將部分種子削去進行高通量的基因測序，而將剩餘的種子留作種植之用。這在植物生長之前就為它們創建了一個基因數據庫，其中使用條形碼系統將植物與其基因型進行匹配。然後，研究人員可以使用這個數據庫識別感興趣的新性狀，並根據植物表型選擇最佳基因型，從而優化作物的理想性狀。

第三步:將所需的基因特徵插入新的基因組

改變植物種子的基因組是困難的，因為它們的結構是剛性的。許多生物技術公司使用“基因槍”，用0.22口徑的電荷將包裹着DNA的金屬顆粒射入植物組織。孟山都公司不再使用基因槍，而是利用一種叫做農桿菌的細菌。農桿菌通過將自身的DNA片段插入植物基因組，自然侵入種子並改變植物。

在生物技術研究中，對細菌進行基因工程以產生所需的蛋白質是很常見的。這是通過使用酶將感興趣的DNA鏈剪切粘貼到質粒中來完成的，質粒是一種小型的環狀DNA分子。然後用熱或電對細菌進行電擊，使細胞接受工程質粒。通過修改比植物種子本身更容易修改的農桿菌，研究人員可能會利用這種細菌的自然入侵行為作為特洛伊木馬，將理想的性狀插入作物的基因組中。

第四步:培育轉基因作物

當一種基因特徵成功地插入到一個生物體的基因組中後，經過修飾的生物體必須能夠生長並複製其新設計的基因組。首先，必須檢查生物體的基因型，這樣研究人員就僅繁殖基因組被正確修改的生物體。

生物技術公司投入大量資金來維持這些植物的存活，並在它們被成功培育出來後進行繁殖。這些公司使用特殊的氣候控制生長室，生物學家經常親自檢查這些植物，以確保它們按照預期生長。

在這一過程中，生物技術公司將使用自動化機器，如孟山都的GenV播種機，來跟蹤植物，並計算最佳播種和生長條件，以創造可能的最佳產量。

轉基因種子通常帶有這些研究得出的關於種植間距和營養的説明。

轉基因生物的未來發展方向

人類在特定環境中改良作物以提高產量和營養的能力是農業的關鍵。從選擇性育種到基因工程的技術進步為我們食品的未來開闢了廣闊的可能性領域。作為基因工程技術，如新的基於RNAi和核苷酸的技術，允許直接修改基因組。基因工程的技術,如新的RNAi——和nuclease-based技術允許直接修改的基因組,穩步提高了我們創建新的轉基因生物的能力。隨着我們科學能力的發展，我們必須討論圍繞轉基因生物的倫理道德和理想，以便我們能夠以一種為公眾所接受的方式有效和安全地使用這項技術。