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自主创新抗除草剂转基因农作物研发之路

核心提示:自人类耕作以来,就在探索有效防除杂草的途径。草甘膦,因能在结构上阻断植物体内芳香族氨基酸生物合成,导致杂草和作物死亡,有效控制危害最严重78种杂草中的76种,而占据着农药销售榜的首位。

  【中国生物产业网www.cnbioindustry.cn】2012年7月11日讯  自人类耕作以来,就在探索有效防除杂草的途径。草甘膦,因能在结构上阻断植物体内芳香族氨基酸生物合成,导致杂草和作物死亡,有效控制危害最严重78种杂草中的76种,而占据着农药销售榜的首位。

  科学家梦想将抗草甘膦基因导入作物中,获得抗草甘膦的转基因作物。抗除草剂,便成为转基因作物商业化后,最具优势的性状之一。

  这些特性首先增加了作物的产量。“种植抗除草剂转基因作物可采用窄行间距方法,比如转基因抗除草剂大豆的行间距能从76厘米缩小到33厘米或更小。”中国农业科学院生物技术研究所所长林敏介绍说,从1996年以来,美国采用窄行间距方式使大豆增产35%。

  此外,种植的抗除草剂转基因农作物在使用除草剂后,对田间作物的残留物无需进行处理,减少了劳动力的数量和力度。据了解,如果每年种植抗草甘膦转基因玉米1000万亩,平均每亩可减少除草用工3个,每年可减少3000万劳动工作日。同时,因为每亩玉米增产3050公斤,农民每亩可增收50100元。

  2011年,全球耐除草剂性状的转基因农作物占到总转基因农作物种植面积的59%。面对如此庞大的市场,美国孟山都等公司在投巨资开展基因研究和开发的同时,申请并获得了上百项与草甘膦抗性相关基因的专利。目前推广的抗草甘膦作物品种中,有69.2%由孟山都研成。

  我国每年因杂草引起损失约占粮食总产的10%。但由于抗草甘膦基因长期开发的欠缺,始终没有商业化生产的抗草甘膦转基因作物品种。突出跨国公司的垄断,成为紧迫的使命。

  中国农业科学院生物技术研究所研究小组临危受命,与北京大学等研究单位密切合作,开始了自主创新抗除草剂转基因农作物的研发之路。

  中国科学家采取3条技术路线齐头并进的方法:首先利用我国极其丰富的污染环境微生物基因资源优势,建成一批具有中国特色和自主知识产权的功能菌株库、功能基因库和分子酶库。另一方面,建立环境基因组学技术、功能基因组学分析技术、高通量表达筛选技术以及高水平技术等先进技术进行集成。

  同时,完善极端污染土壤微生物样品的DNA免培养分离技术及功能基因筛选平台,以及草甘膦抗性基因作为筛选标记的基因表达和功能鉴定的真核筛选系统。

  通过努力,结构新颖、功能明确、草甘膦抗性显著的EPSP合成酶基因诞生。这是一个具有自主知识产权的新型抗草甘膦基因,同时获得了国内发明专利和美国专利。

  其中,G2-EPSPS基因作为研究组从免培养技术构建的群落水平DNA库中分离鉴定的第一个抗草甘膦基因,成为草甘膦抗性最强、酶活最高的基因之一。

  “经试验,G2-EPSPS基因的结构新颖,在核酸水平上与已见报道的EPSP合成酶编码基因无任何同源性,与孟山都公司专利报道的根癌农杆菌CP4的同源性为24.53%,且不含有专利保护序列和突变位点。在酶学水平上G2-EPSPS基因草甘膦耐受性高于孟山都公司的CP4-EPSPS基因,是一个具有自主知识产权和重要育种价值的新型抗草甘膦基因。”林敏强调说。

  该小组同时与国内众多研究机构以及北京奥瑞金种业有限公司等合作,开展了转G2-EPSPS基因玉米、棉花、油菜、水稻、大豆和小麦等的研发工作。

  从2010年开始,经过北京、海南两地连续三代试验,奥瑞金研究人员发现转基因玉米在田间生产上能稳定耐受使用剂量5倍的草甘膦。模拟农民喷施除草剂的方法后,也发现转基因玉米在能耐8倍的草甘瞵。研究人员在北京、海南两地的两个生长季节,对转基因玉米的农艺性状进行了观察和测量,结果表明,与非转基因受体玉米相比,转基因玉米除耐草甘膦目标性状以外,其他农艺性状等均与非转基因受体玉米没有差异。

  同时,对进入生产性试验的抗草甘膦转基因玉米的环境安全和食品安全,研究小组委托国家认可的两家检测机构中国农科院植保所和中国农业大学食品安全检测中心分别进行试验。

  “2009年迈出了产业化过程中最关键的一步,我们与种业公司签订了基因独家使用和共同推进产业化协议。利用本发明专利所保护的EPSP合成酶基因培育出转基因抗草甘膦玉米,进行了转基因生物安全的中间试验和环境释放试验,于2012年获得农业部批准,进入生产性试验阶段,这也是转基因作物产业化应用的关键阶段,如能在今后两年内获得生物安全评价的安全证书,35年内获得品种审定并实现商品化生产,将有利于打破跨国公司在抗除草剂转基因产业上的垄断。” 林敏说。

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实习编辑:Cassie

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