【前沿】作物抗性基因漂移的风险比想象的快 科学家揭示的风险形成途径有助于有效规避

2018-07-17来源:南农新闻-NJAU NEWS作者:解洪杰

科学研究已经明确转基因抗除草剂作物可以通过花粉飘散到野生近缘种而发生基因漂移,这被称之为“正向漂移”。这也是迄今为止建立的转基因作物基因漂移环境风险评价管理体系的理论依据。

近日,南京农业大学杂草研究室通过多年的研究,揭示了转基因抗除草剂杂交水稻不仅能够通过上述的“正向漂移”而使其杂草稻后代具有抗性基因,而且会通过杂草稻花粉向水稻的“反向漂移”使转基因抗除草剂杂交水稻后代迅速演化为抗除草剂杂草稻的风险。这项成果为建立和完善双向转基因作物基因漂移的环境风险评价管理体系奠定了理论基础。此外,还启示了在水稻种子纯度检测标准中,应该加强检测水稻种子是否携带隐含的“幽灵”——杂草稻基因,从而对完善栽培稻种子纯度检测规程,控制杂草稻基因扩散蔓延具有指导意义。

需要特别说明的,鉴于杂交稻不能自留做种,本试验研究是在非常规情况下进行的,因此,目前的杂交水稻常规育种方式下,水稻种子通过严格的纯度检测后,可以有效规避上述风险的发生。在该项研究基础上,南农科学家倡议制定了国内首个水稻种子隐含(混杂)杂草稻基因的检测技术规程——江苏省《栽培稻种中杂草稻混杂检测规程》,已通过审定将于近日颁布。

本研究历经五年在南京农业大学杂草研究室江浦转基因水稻试验基地完成。在草铵膦选择压下,观察连续三年种植的抗草铵膦转基因常规水稻和杂交水稻群体,试验进行的第二年,在种植抗草铵膦转基因杂交水稻F3代的小区中首先发现了具红色果皮且对草铵膦表现出抗性的类杂草稻植株共60株。在试验进行的第三年,种植转基因杂交水稻后代的小区均都发现了抗草铵膦的类杂草稻植株,但在种植转基因常规水稻的小区始终没有被发现。进一步,通过抗草铵膦Bar基因、红果皮Rc基因和细胞质雄性不育WA352基因分子标记鉴定,明确这些类杂草稻植株是抗草铵膦转基因杂交水稻的母系后代。接下来两年的试验中,通过同质园条件下比较观察发现,这些类杂草稻后代大都显示出高于亲本的相对适合度和适应性,特别是杂草性。为了验证并研究抗草铵膦转基因水稻后代快速演化为杂草稻的机制,还单独进行了基因漂移验证试验,发现杂交水稻分离后代的花期不同步和雄性不育植株使得其拥有更高的接受空气中飘浮的杂草稻花粉的能力,具有更高的异交率。这说明转基因杂交水稻分离后代相对于转基因常规水稻具有更高的通过反向基因漂移而造成基因逃逸的生态风险。转基因杂交水稻在制种和种植过程中需要采取更严格的安全管理措施。

植物学主流期刊Journal of Experimental Botany(5年IF6.04)于2018年6月在线发表了该研究成果。文章题目为“Feral rice from introgression of weedy rice genes into transgenic herbicide-resistant hybrid-rice progeny”(10.1093/jxb/ery210)。南京农业大学为第一署名单位,杂草研究室的强胜教授为通讯作者,张晶旭和康烨博士为共同第一作者,外国专家Bernal E.Valverde以及宋小玲、戴伟民等为共同作者。该研究得到了国家转基因重大专项(2016ZX08011-001)、教育部博士点基金优先发展领域课题(20130097130006)、国家自然科学基金(30800604)和教育部111项目的支持。

该团队在国家转基因重大专项持续支持下,系统开展了杂草稻发生危害、生物学特性、转基因水稻杂草化风险特别是双向花粉介导的抗除草剂转基因水稻的基因漂移风险评价研究,起草了相关抗除草剂转基因水稻生存竞争、杂草化及双向基因漂移检测标准和技术规程草案以及检测报告10余个,系统构建了转基因水稻杂草化风险评价及管理的技术支撑体系。承担了农业部授权委托的首例抗除草剂转基因水稻环境安全评价任务。先后还在Pest Management Science,Crop Science, CropProtection等刊物发表相关SCI论文20余篇,申请及授权专利4件。

编辑:陈洁 石松

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