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基因灭虫的利弊,基因灭虫的知识解答
来源:克雷舒虫害防治中心 更新时间:2016-01-06 点击:12
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  想法听起来简单诱人:通过在一群动物中间迅速散布一种基因,可以阻止其传播疾病,或者直接杀死如农业害虫等物种。但美国国家科学院、工程院和医学院 (NAS)近日在华盛顿特区主办的一次研讨会上明确表示,这种概念的核心,即基因驱动技术当前仍然面临各种科学和监管上的不确定性。因此,基因驱动技术的产业应用依然“任重而道远”,英国伦敦帝国学院人类遗传学家Austin Burt说。
  过去3年来,一种叫作CRISPR-Cas9的技术(可通过DNA剪切技术治疗多种疾病)已经使科学家的精准医疗能力发生了一次改革,即通过改变多个器官的DNA进行精准医疗。这种技术成本低廉、便于操作,并且在几乎所有物种测试中均有成效,它正在推动另一种叫作基因驱动的技术被应用于大量生物体中。因为基因驱动可以把偏差遗传改变为支持某些特别的基因,这种基因改变如果被引入一个物种内的一些群体,就会迅速在该物种内蔓延。如果基因驱动能够控制繁殖或是在一定程度上控制该物种的生存,那么从理论上说,它就能够让该物种灭绝。
利用 RNA 干涉技术杀死一种螨虫,后者可能对蜜蜂的相继死亡负有责任
图:利用 RNA 干涉技术杀死一种螨虫,后者可能对蜜蜂的相继死亡负有责任
  去年,华盛顿大学生物学家曾提出把CRISPR-Cas9基因驱动技术应用于消灭一些入侵物种,从而保护那些濒危物种。一些科学家立即呼吁增强对这种技术的管制,因为一旦被放行,那么一次基因驱动将很难被停下来或是被逆转。今年7月,遗传学家表示,基因驱动技术几乎可以百分之百地让色素突变基因在实验室中的果蝇群体之间传播,这增加了基因驱动技术带来的恐慌。
  NAS组织了一个委员会评估这一技术,该委员会组织了4次关于基因驱动研究的科学、伦理和监管信息研讨会,此次在华盛顿举行的会议为其中的第二次。援救人员讨论了现有监管和伦理框架是否足以指导和管制基因驱动技术的发展,会议报告称,目前仍须了解更多关于基因驱动技术的生态效应、基因驱动目标的具体性以及研究人员在某个种群之间进行基因改变的有效性。“很明显,关于这个系统,我们知道的是如此之少。”弗吉尼亚理工学院暨州立大学分子遗传学家Zach Adelman说。但Burt表示,考虑到目前基因驱动技术仍处于早期研究阶段,因此NAS有充分的时间就这个问题理清头绪。
  在报告中,Burt和一些科学家还强调了基因驱动技术可能不如一些人想象的那样有用或是吓人的原因:
  目前尚未证明CRISPR-Cas9基因驱动改变会在某物种中延续许多代。
        长期以来,人们在防治植物病虫害的过程中,较多地注意了病原物的浸染问题,因而大量使用化学农药,由此造成的环境污染已经直接危及人类的健康,成为全球普遍关注的问题。其实,植物在长期的演化过程中,形成了许多同病原物作斗争的特性,其中就包括植物自身的免疫性。植物同动物一样,也有免疫系统,刺激植物的免疫系统,引发免疫反应,同样能使植物对病虫害产生抗性。利用植物的免疫性防治病虫害,这是当前植物病虫害防治研究中的一个新的紧迫的课题。
利用 RNA 干涉技术杀死毁坏玉米的根虫
图:利用 RNA 干涉技术杀死毁坏玉米的根虫
        因此,传统的免疫方法是用少量诱导因子“接种”到植物体上,使植株整体对病虫害产生较强的免疫力,以抵抗各种病症的发生。诱导因子有多种,如病原体的非致病性生理种及代谢产物等,将其直接喷洒到植物叶片的表面,或浇其根,或注射到基部,都可诱导植株免疫,对同一种植物来说,诱导因子有多种,诱导产生的抗生具有一定的广谱性。
        植物的免疫能力还与“防御基因”有关。最新研究结果表明,植物受害虫损伤后能产生报警信号,以此激活植物体内的“防御基因”,提高植物的自身的抗性及免疫能力,这在番茄的研究中最具有典型性,害虫损伤番茄叶之后,叶上的细胞壁释放出一种类激素因子,该物质通过细胞组织扩散到茎和其它叶片,启动蛋白酶抑制剂的基因,开始高效合成蛋白酶抑制剂,并在茎叶中迅速积累,以对付害虫的再次侵袭。蛋白酶抑制剂不仅对害虫产生的消化酶有抑制作用,而且对病菌产生的蛋白酶也有抑制作用。
        日臻完善的基因工程与植物免疫相结合,赋予了植物较强的免疫能力,1987年,英国科学家将豇豆的胰蛋白酶抑制剂基因导入烟草,首战告捷。1992年,美国Ryan实验室分别将番茄蛋白酶抑制剂和马铃薯蛋白酶抑制剂基因转入烟草获得成功,害虫只要取食,就会有来无回,转蛋白酶抑制剂基因植物的研究空前活跃,为世界各大生物技术公司所瞩目。
        美国Biotechnica公司计划将豇豆胰蛋白酶抑制剂基因导入玉米,以对付异常猖獗的欧洲玉米螟,并将其应用于大豆、小麦等作物,该技术已于近年进入田间实验。美国的Monsanto和Cafgene等公司也正在将该抑制剂基因导入棉花,希望获得对棉铃虫有较强免疫能力的“工程棉花”。据报道,美国康奈尔大学的史蒂芬·坦克斯莱博士及其同事,在番茄里发现了一种能够抗御细菌性烂斑的基因,这一发现有助于使许多作物病虫害产生免疫能力,增产增收,提高作物的品质。

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