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转基因植物安全性问题并非无解
华裔生物学家李义教授和他的“外源基因去除”技术
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本报驻联合国记者卞晨光
人物档案
李义，一九八二年毕业于北京林业大学，一九八三年赴美留学，获纽约州立大学博士学位。现为美国康涅狄格大学教授，新英格兰地区入侵植物研究中心主任和首席科学家，康涅狄格大学转基因植物中心主任。他创建了可使转基因作物安全无害、可让转基因食品放心食用的“外源基因去除(Gene-Deletor)”技术。
潜力巨大
转基因作物可提高农作物产量，减少除草剂、杀虫剂等农药的使用量，并节省大量劳动力，因而给人类带来了巨大的经济和社会效益。根据农业生物技术应用国际服务组织（ISAAA）发布的年度报告，2006年，全球转基因作物的种植面积猛增了1200万公顷，首次突破了1亿公顷大关。从1996年到2006年的10年间，转基因作物的种植面积已经增长了60倍。ISAAA主席詹姆斯估计，在今后10年的商业化过程中，转基因作物种植范围还会进一步扩大，到2025年将有40多个国家的2000多万农户种植2亿公顷的转基因作物。
困扰重重
尽管转基因作物在解决全球饥饿问题和保障农业的可持续发展方面发挥着举足轻重的作用，并可通过转基因能源植物为缓解世界能源危机作出巨大贡献，但因其可使转基因植物的外源基因通过花粉和种子等途径在种群之间扩散，有可能产生“超级杂草”，或使其他植物的性状产生意外的改变，进而给人类生态环境和生物多样性带来危害。同时，转基因作物和以此为原料制造的转基因食品对人体的影响尚未有定论，在世界各地，尤其是欧洲和日本等地，人们对转基因植物安全性问题的争论和担忧已经影响到了转基因植物商业化的推广和应用。
为了摆脱转基因技术在推广和应用中的诸多烦恼，科学家们付出了很多的努力，进行了多次尝试。例如曾先后利用转基因植物花粉不育技术、无籽技术和叶绿体转基因技术来控制转基因植物的安全性问题，但因这些技术都不能从根本上解决外源基因的扩散问题，还是无法令公众彻底解除对转基因植物和转基因食品的戒心。
柳暗花明
今年2月初，李义教授在维也纳召开的国际转基因植物大会上作完“外源基因去除”技术的学术报告后，在场的科学家们顿觉眼前一亮，马上意识到转基因植物的安全性问题终于有了绝佳的解决方案，转基因技术由此便可步入新的发展阶段。著名植物分子生物学家、转基因植物领域的开创者、美国国家科学院院士奇尔顿的第一个反应就是，“你的‘外源基因去除’技术是否申请了专利？我们是否可以使用？”2月底文章在《植物生物技术》杂志上发表后，立即引起了世界范围内的广泛关注。多种文字的报刊杂志和国际上重要的互联网站纷纷予以报道。国际植物遗传资源研究院（意大利）的切尔夫斯博士撰文评论说：“外源基因去除”技术对解决由转基因植物导致的环境和食品安全性等问题具有不可估量的影响。比利时生物技术专家盖普瑞指出，李义教授的技术在消除人们对转基因植物的各种担忧方面具有极其重要的意义。美国罗德岛大学细胞与分子生物学教授考琦教授认为，李义教授新开发的技术是对转基因植物领域的卓越贡献，对转基因的能源和生物反应器植物的商业化尤为重要。国际农业研究中心主席、法国科学家皮诺利博士认为，“外源基因去除”技术是转基因生物体诞生20多年来最重要的事件之一，是生物技术领域内的一场真正的革命。
“外源基因去除”技术的要点之一是在目标植物中加入了受DNA调空片段启动子控制的特殊基因，该基因在启动子的作用下，可根据科学家的意愿，在需要的时间和部位将外源基因和自身从转基因植物中切掉，从而使转基因作物的花粉、种子、果实不再含有外来基因，或将外来基因从人们所需食用的部分（如植物的茎、叶、块茎）彻底清除掉，达到用转基因作物生产出非转基因食品的目的，从根本上解决了长期困扰人们的转基因植物基因扩散问题和转基因食品的安全性问题。
争论告停
“外源基因去除”技术的论文刚一发表，奥地利植物分子生物学家索沃赫便撰文指出，李义教授的技术可为人们多年来就著名的“终结者”（terminator）种子技术的争论画上一个句号。所谓“终结者”种子技术就是在植物中引入种子致死基因，使种子不能正常发芽和生长，从而可以解决外源基因飘移问题。但在不发达国家，农民往往习惯于播种自己收获的种子。如果农民种植“终结者”种子后，因收获的种子与普通种子外观相同，无法分辨，通过出售或交换，其他农民将会继续使用这些种子，其后果自然是颗粒无收。这对发展中国家的农民来讲，无疑是灭顶之灾。因此，该技术刚一推出便饱受批评，而拥有该技术的美国孟山都公司也受到激烈抨击。在强大的压力下，1999年10月，拥有该技术的孟山都公司不得不宣布永远不使用“终结者”种子技术。正如切尔夫斯博士指出的，“外源基因去除”技术不仅具备了“终结者”种子技术的优点，而且解决了“终结者”种子技术所无法解决的转基因食品的安全性问题，并克服了“终结者”种子技术本身存在的重大缺陷。因为即使农民使用自己收获的种子进行播种，种子也会正常生长，只不过这样的种子没有了外源基因的性状，但农民仍然可以获得普通作物的收成。
事出有因
说起来，李义教授当初之所以对转基因植物的安全性问题产生了浓厚的兴趣，还与他10年前的一项转基因植物专利有关。1996年，当时尚在堪萨斯州立大学生物系工作的李义教授带领他的实验室用生长素合成基因构建了广谱性的无籽瓜果基因，并获得了专利。由于无籽果实技术不仅能提高瓜果的品质，还可克服因授粉不良而导致的减产，从而实现瓜果类蔬菜的高产、稳产，因此，李义教授的无籽基因专利在西红柿、西瓜、黄瓜和青椒上的使用权立即被欧洲一家世界性大公司买断。然而，两年后那家公司却终止了合同，原因是，欧洲等地的很多消费者不接受转基因食品。而在美国，一种转基因植物为通过安全性审查所需的实验费用竟高达几千万美元，通常任何单一的瓜果类品种产值都不太高，所以没有哪家公司愿意投资除玉米、大豆、棉花、油菜等主要农作物以外的任何产值较低的转基因作物。正是由于这些原因，包括无籽瓜果技术在内的许多先进转基因技术都未能在生产上得到应用。由此，李义教授便开始构思，希望找到一种方法，使外源基因(如抗虫、抗逆、抗病、高产、无籽基因等)发挥完作用后，再将它们彻底清除，得到非转基因的产品。于是，在1999年他申请了一个关于“外源基因去除”技术的课题，独特的构想、新颖的设计和广阔的应用前景使该课题获得了康涅狄格州改革创新项目的全额资助。
华人贡献
要将设想变为现实，需要攻克许多技术难关，其中最重要的一点就是要使去除效率达到近乎100%，否则无法在大田里使用。当时还是李义教授的博士研究生段晖（毕业于兰州大学）为大幅提高去除效率做了艰苦的探索和大量试验。段晖的工作不但为提高去除效率奠定了坚实的基础，而且为“外源基因去除”的成功开发做出了极其重要的贡献。2002年，正当试验取得了初步结果的时候，著名学术刊物《自然生物技术》发表了如何控制转基因作物外源基因污染的分子策略的文章，文中提到的分子策略与李义教授三年前的设想不谋而合。中美联合培养博士研究生罗克明和实验室的其他科学家利用烟草植物证实了新颖重组酶识别位点确实可以大幅度地提高去除效率。他的实验证明，在3万多株转基因后代烟草植株中，外源基因去除效率达到了100%。罗克明和赵德刚博士（来自贵州大学）的实验结果为“外源基因去除”技术的论文提供了最基本、最重要的数据。中美联合培养博士研究生郑雪莲和邓伟在康涅狄格大学参与了课题后期的工作，也为课题的顺利完成做出了重要的贡献。其中，邓伟和罗克明还在西南大学完成了部分辅助试验。此外，陈永勤博士（来自湖北大学）、蒋湘宁博士（来自北京林业大学）和裴炎博士（西南大学教授，罗克明、郑雪莲和邓伟的中方博士生导师）等亦先后参与了课题研究并做出了较大的贡献。所以说，尽管“外源基因去除”技术诞生在美国，但实为华人科学家的杰作。
谈到将来的打算，李义教授表示，希望将能与中国的科学家通力合作，进一步地完善“外源基因去除”技术，并将该技术在多个领域内推广应用，使中国受益，使百姓受惠