提高作物质量和产量的基因工程

最佳营养对人类健康和发展的重要性是公认的。不利的环境条件，如干旱、洪水、极端高温等，比病虫害对作物产量的影响更大。因此，植物科学家的一个主要目标是找到在逆境下保持高产的方法，以及开发具有更高营养价值的作物。转基因作物可能被证明是传统方法生产的作物的有力补充，以满足全球对优质食品的需求。通过基因工程开发的作物不仅可以用于提高产量和营养质量，而且可以提高对各种生物和非生物胁迫的耐受性。虽然有些人对与转基因作物有关的生物安全和健康危害表示担忧，但在食用经过深思熟虑开发和仔细测试的转基因粮食作物方面没有理由犹豫。以可持续的方式将现代生物技术与传统农业做法结合起来，可以实现为今世后代实现粮食安全的目标。

粮食不安全和营养不良目前是人类健康最严重的问题之一，在发展中国家造成无数生命的损失。为了健康，我们的日常饮食必须包括充足的高质量的食物，包括所有必需的营养物质，以及提供基本营养以外的健康益处的食物。甚至维持食物的量人均我们今天得到的工作在未来将是越来越多的工作，因为可耕地的持续损失和不利的环境条件的普遍存在，包括干旱、盐碱化、洪水、疾病等。为了确保子孙后代的粮食安全，世界必须比现在多生产50%到100%的粮食，尽管预计有不利的环境条件[1］．

在20世纪中期的绿色革命中，农药和通过传统植物育种方法开发的高产作物品种的使用，使印度的作物生产率显著提高。然而，仅仅依靠传统的植物育种已经无法满足日益增长的全球粮食需求。现在是提倡可持续农业做法，以最大限度地保护所有可用的自然资源，提高作物生产力的时候了。农业生物技术正被证明是满足全球对优质食品需求的传统方法的有力补充。在现代植物生物技术工具的帮助下，今天我们有机会获得大量基因库，可以利用这些基因库为重要的经济作物提供理想的性状。基因改造作物可帮助我们满足对高产、营养均衡、生物和非生物抗逆境作物品种的需求[2- - - - - -7］．虽然全球种植转基因作物的面积每年都在扩大[8]，人们对这些作物对人类健康和环境的意外和不可预测的多效性影响表示关切[9］．然而，通过传统或基因工程方法开发的新食品在对人类健康和环境可能产生的意外有害影响方面并没有什么不同[10］．事实上，育种对基因组的改变程度远远超过转基因作物。

转基因作物与classically-bred作物

经典作物和转基因作物是通过不同的基因转移技术手段进行基因改造的结果。传统育种和转基因技术都可能涉及改变生物体的基因组成，即DNA序列和基因的顺序。然而，与可能涉及数千个有机体的无特征基因的经典育种相比，转基因技术带来的基因变化数量很少，而且定义明确。此外，转基因作物是对基因组进行非常具体和有针对性的修改的结果，其最终产品如蛋白质、代谢物或表型都得到了很好的表征。在传统育种中，双亲的基因组混合在一起，然后随机地重新组合到后代的基因组中。因此，不良基因会随着理想基因的转移而转移，与此同时，一些基因可能会在后代中丢失。为了纠正这些问题，植物育种家对理想的亲本进行反复回交。这是一项耗时的任务，可能并不总是能够分离出紧密相连的不安全基因。例如，用传统育种方法培育的马铃薯品种会产生过量的天然糖生物碱[11］．这些糖生物碱引起生物碱中毒，导致胃肠道、循环、神经和皮肤疾病。混合动力汽车的美国tuberosum而且美国brevidens产生一种在亲本中不产生的半毒苷[12］．另一个例子是传统培育的抗虫高补骨脂素芹菜品种，它被发现在收获这种作物的农场工人中产生皮疹[13］．因此，经典的(非转基因)育种方法可能会产生意想不到的影响，并产生潜在危险的新产品。另一方面，转基因技术利用对基因产物的时间和位置的精确控制，从而导致组织/器官/发育/胁迫特异性表达——这是传统育种不容易实现的结果。此外，转基因技术允许一次性引入新性状，而不像传统育种那样涉及广泛的杂交。从科学的角度看，通过传统育种或转基因技术开发的食品可以对人类健康和环境产生同样的影响。

转基因作物与食品安全

许多国家都在商业化种植通过引入改良农艺性能和/或增强营养的基因而生产的转基因作物[8］．用于发展转基因作物的DNA来源在很大程度上影响了食品安全考虑的严格程度。如果DNA来自一种可食用植物，那么商业化前的监管过程就会更容易，也会提高消费者的接受度;比如，在我们的实验室里Ama1该基因从食用作物苋菜中分离，用于开发富含蛋白质的转基因马铃薯。使用小鼠模型发现它不引起过敏，食用它是安全的[6］．同样,基因OXDC(草酸脱羧酶)从食用菌中分离得到Collybia中孢子被发现无毒及不会引起过敏[14］．当我们引入编码C-5甾醇去饱和酶(FvC5SD)的单基因Collybia中孢子对于番茄，我们获得了一种具有多种有益性状的作物，包括提高了耐旱性和抗真菌能力[7，15］．其他策略包括沉默宿主基因，而不是添加新基因来提高水果和蔬菜的货架期[3.］．从植物病毒中提取的基因也可以被认为是安全的转基因，因为这些病毒还不是已知的人类病原体。几种具有外壳蛋白的抗病毒转基因[16或过度表达sirna [17]已开发并发布作商业用途。一个著名的例子是抗木瓜环斑病毒(PRSV)的基因改造木瓜[16］．目前，在夏威夷岛上种植的约90%的木瓜都经过基因工程处理，含有PRSV的外壳蛋白。这种转基因木瓜的商业化种植导致木瓜产量的大幅增加。迄今为止，还没有任何常规或有机方法可以控制这种猖獗的病毒。

几年来，在不同的环境中广泛种植基改作物，并有超过10亿人和更多的动物食用基改食物，但并没有发现任何有害影响[10，18］．然而，重要的是，转基因作物的表现在田间条件下要经过几代人的密切审查，而且在投入商业种植之前，必须逐个进行严格的生物安全评估。应对实验动物的各种致敏性和毒性参数进行详细研究。表达蛋白必须检查其稳定性、可消化性、致敏性和毒性。应在转基因作物中进行营养对比分析。

标记物的使用是转基因作物的一个生物安全问题

可选择标记基因(selective and scoable marker gene, SMGs)是转基因作物转化事件选择中不可缺少的基因。其中最常用的选择标记是卡那霉素和潮霉素耐药基因。对smg提出的主要生物安全问题涉及其毒性或致敏性，以及对相关生物体和病原体的水平基因转移(HGT)的可能性。有人认为，将这些标记基因转移到其他植物，可能会导致新的杂草的发展。新霉素磷酸转移酶II (NptII)是最常用的可选择标记物，其生物安全性评价最为广泛。这种蛋白质于1994年获得了美国食品和药物管理局(FDA)的批准。研究表明，NptII无毒，不会导致杂草丛生或侵入性增加，也不会影响非目标生物[19- - - - - -21］．

植物生物技术有潜力解决农业和社会中的各种问题。转基因战略被用于最大限度地减少各种胁迫(生物和非生物胁迫)造成的产量损失，并被广泛用于通过富集优质蛋白质、维生素、铁、锌、类胡萝卜素、花青素等提高粮食作物的附加值。其他正在进行的努力包括提高水果和蔬菜的保质期，以显著减少易腐烂作物收获后的损失。水果作物还被用于生产可食用疫苗，以对抗重大疾病。虽然全球种植转基因作物的面积每年都在扩大，但即使在不同的环境中广泛种植和广泛的人类消费了几年之后，这些作物的有害影响仍然没有被记录下来[10，18］．目前正在商业化种植的抗虫Bt作物和/或耐除草剂的基改作物，通过更好的昆虫和杂草管理、更高的产量和减少化学农药的使用，使农民受益[8，10，22，23］．

因此，可以得出这样的结论:传统农业实践与现代生物技术的可持续结合，可以为今世后代实现粮食安全。然而，重要的是，转基因作物的性能在大田条件下要经过几代人的密切审查，并在个案基础上通过严格的生物安全评估，然后才被释放用于商业种植。转基因作物将成为我们生活的重要组成部分，必须利用生物技术的巨大潜力造福人类。

背景:

Deoxyribonucleicacid

食品药品监督管理局:

食品和药物管理局

FvC5SD:

c - 5甾醇desaturase

通用汽车:

转基因

NptII:

新霉素磷酸转移酶2

OXDC:

草酸脱羧酶

SMG:

可选择的制造商的基因。

作者和联系

1. 国家植物基因组研究所，新德里，110067印度

   Asis达塔

相应的作者

对应到Asis达塔．

相互竞争的利益

作者声明他没有利益冲突。

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