傳統育種與轉基因育種，誰更任性？_風聞

按：傳統育種與轉基因育種，誰給作物基因組帶來的改變更多？誰更安全？之前都是人們的理論推導，那麼，科學事實來了，死理性派科學家對比了兩者在基因表達水平上非預期結果的情況，明晰的結論是，與誘變育種比，轉基因更精確，產生更少非預期結果。該文也在很大程度上回答了陝西師範大學生命科學學院教授侯穎春轉基因引發“複雜大分子網絡”嚴重後果的擔憂。

“突變是我們人類進化的關鍵所在。因為突變，我們從一個簡單的單細胞生物演變為這個星球上的’主宰者’。這個進程經歷了成千上萬年，但每幾十萬年就會發生一次跨越式的發展。” Xavier教授説，

我鍾愛這句來自《X戰警》中的台詞。

突變以相當恆定的速率悄悄發生着，而且無時無刻地發生於每一個細胞當中。人們常常認為突變與遺傳疾病或者癌症等噩耗相關，但一些突變是有益的。例如，突變使得藏族人更加適合高海拔環境，同時免受心臟病的侵害。同樣，突變使植物更加抗蟲；當然，突變也讓雜草對除草劑更有抗性。

然而，就像在電影中Xavier教授所言，這個進程異常緩慢。因此，我們如何推進有益的突變呢？歷史上，我們已經通過所謂的化學或放射性誘變來產生新的優良性狀。

最近發表的文章指出，由於這種誘變率較低，植物育種學家開始青睞更高突變頻率的方法，獲得更多的優良品種。誘變育種被認為是傳統育種方式，其產生的新品種通過了美國農業部（USDA）有機認證。相較而言，人們認為轉基因作物發生了極大地改變，從而不被納入有機認證。

傳統育種，包括誘變育種，真的勝過轉基因技術嗎？一些文章對兩種育種方式進行了詳細的比較，且每個回合都有相應的文獻支持。

“十二五”科技成果展中展示的國產轉基因水稻與常規水稻對比

第一回合：誘變育種

2008年，由Batista及其同事在美國國家科學院院刊（PNAS）上發文稱，通過檢測基因差異表達，作者分析了上萬個基因來研究在轉基因育種和誘變育種中意外突變的情況。研究通過測定RNA的表達量來確定關閉或打開基因表達的數量。根據中心法則，DNA轉錄成RNA，然後再翻譯成蛋白質。一般認為，蛋白質是基因表達的最終產物。蛋白質並不是孤立的，而是與其它蛋白相互作用，共同發揮功能。例如，如果在細胞內蛋白A和B共同發揮作用，改變蛋白A的表達量，那麼也會影響蛋白B的表達量。如果你事先知道蛋白A和B共同發揮作用，那麼非常容易檢測B表達量的變化。但是，有時候，你看到蛋白C表達量的一些變化，你會攪盡腦汁想知道這個結果是否是被蛋白A所影響。因此，在這個研究中，作者們想去測定兩個品種之間增加一個基因後在基因表達方面是否存在一些預期外的差異，一個是利用更“傳統”的誘變育種方式所產生的品種（例如伽馬射線），另一個是轉基因品種。是的，伽馬射線是真實存在的，但它並非為了創造綠巨人和其他的超級英雄。

作者們比較了轉基因育種、誘變育種所培育的水稻品種以及作為比照組的普通水稻品種之間的差異。所有的水稻材料均種植於實驗室中。科學家採用基因芯片以同時檢測上千個基因的差異表達情況。他們發現，在所有的品種中，都存在着非預期基因表達，它們大多與植物的脅迫、抗性有關。一些特定基因表達的改變與轉化以及誘變的基因具有密切的關係（就像我以前所解釋的A蛋白引起B蛋白的改變一樣）。

作者得出結論：1，儘管誘變育種和轉基因育種都沒有出現大量的非預期結果，但是轉基因品種的基因改變更少。2，誘變或轉基因技術促使一些基因表達發生變化，從而改變植物材料的性狀，並且這一變化可以傳遞很多世代。

第一回合的結果：轉基因勝出。

第二回合：標記輔助回交

2013年，發表在《BMC Genomics》期刊上的一篇文章中，作者檢測了兩個具有相同性狀的水稻品種，但是它們用了不同的育種技術。標記輔助回交的原理是通過雜交將具有目標性狀（供體）傳遞給受體。從回交一代開始，每代都從產生的雜種中選擇具有目標性狀的個體與受體雜交。如此反覆多次，直到最後得到僅增加了目標性狀的後代時為止。“輔助標記”這一技術是非常有效的，因為研究者不必再等到培育的作物生長到目標性狀的出現：他們通過遺傳標記對種子進行簡單的檢測，即可來確定哪一個帶有目標性狀，這類似於法醫中的親子鑑定。

這篇文章利用回交和轉基因的技術分別將抗水稻葉枯病的基因從一個品種轉移到另一個品種。然後，與第一回合的對比類似，他們分別分析了這兩種技術產生的新品系中差異表達的基因水平，用以測定哪一個品種與原始的水稻品種更相似，即哪種技術會產生更多非預期的結果。通過RNA測序，可以在同一樣本中檢測所有的RNA分子的表達水平（也就是轉錄組測序）。所有的水稻品種都種在同一塊農田中，這3種水稻品種（2個新品種和1個對照品種）從外觀上看起來一樣，只是對照組對於葉枯病敏感。有趣的是，作者在實驗田旁邊種植了一種與本實驗無關的水稻，這是一個有趣的對照。

這個研究的結果是：1，與對照組相比，儘管標記輔助回交和轉基因都有不同的基因差異表達。然而，轉基因水稻的差異表達基因比回交輔助標記少約40%。2，修飾作物與對照作物間基因的差異程度遠遠低於對照與實驗無關品種間的差異程度。作者由此指出，與遠源水稻品種相比，轉基因和MAB（標記輔助回交）育種並不會過多地改變水稻的轉錄組。

這一結論很重要，我將在下一部分重點解釋。目前的結論是：第二回合：轉基因勝出。

可重複性與實質等同性

需要指出的是，並不僅僅是這兩篇文章比較了不同的育種方法非預期後果。我們還可以找到其它相關的很多文獻。雖然這些研究使用不同的技術和作物，但是講述了同一個事實：轉基因作物在基因與蛋白表達水平上了發生了微乎其微的變化，這種變化遠遠低於環境引起的變化以及品種之間的差異。

我們假設有3個蘋果品種：綠色轉基因蘋果、綠色普通蘋果和紅色蘋果，並將它們種植在加利福尼亞的我家後院。我們同時在加拿大的安大略種植普通的綠色蘋果樹。我們分析這4種蘋果樹中基因的開啓與關閉模式。在這4種蘋果樹中，基因的表達確實存在一定的差異，但是種在我後院的綠色轉基因蘋果與綠色普通蘋果間的基因表達差異程度，遠遠低於同樣種在我後院的紅色蘋果與綠色普通蘋果間的差異，同時也遠低於分別種植於加利福尼亞與加拿大安大略的綠色普通蘋果間的差異。轉基因作物確實存在基因間的差異表達，但是這種差異完全符合品種間的正常變異，這就是所謂的“實質等同性”。

實質等同性常與同一性混淆，聯合國糧食及農業組織指出：實質等同性用於説明轉基因生物及由此產生的特定食品的特徵，它與傳統的作物具有相同的特性。轉基因生物具備的特徵水平與變異必須在傳統作物特徵水平的自然變異範圍之內，且這種特徵水平與變異是通過科學的數據分析得到的。

反對者馬上開始行動，他們認為在轉基因作物和對照組之間所存在的差異，並不適用於實質等同性。然而，他們忽略了兩輪對比中我們反覆強調的傳統育種中所產生的大量的表達差異。他們也忽略了子代與父母親本之間的正常差異，也就是Xavier教授剛開始強調的那一點。在人類發展過程中，人們一般認為，在每一代每個基因組中天然的突變率約30-75個微小的突變(ASHG talks, 2014)。同樣地，對於父母來説，我們每一個人都是一個突變體。兩個同卵雙胞不可能具有完全一樣的基因型。同樣的道理依然適用於植物界的進化過程中，科研工作者曾經研究擬南芥（一種非常普遍的用於科學研究的植物）中存在的天然突變率。然而，指責這些子代植物和他們的父本和母本不具有實質等同性是荒謬的，加利福尼亞與北達科他州同一品種的蘋果都不是完全一樣。

那麼，兩種育種方式之間的對比已有了一個清晰的結果：與傳統的育種方式相比，轉基因育種產生的非預期結果更少。

作者Layla Parker系多倫多大學的分子遺傳學博士，本科畢業於西安大略大學生物化學專業。目前她在一家加州生物技術公司擔任產品開發的高級科學家。

編譯：基因農業網（蘇曉峯），原文鏈接：http://www.biofortified.org/2015/03/conventional-breeding-vs-transgenesis/

附錄：三種主要的人類改良育種手段的區別和差異（來源：果殼網 風飛雪）