口袋K号42:生物技术作物的堆积性状

基因堆积的生物技术给我们带来了许多著名的产品,如“金米”,“蓝玫瑰”和SmartStax。什么是基因叠加?为什么生物技术作物市场会出现“叠加繁荣”?生物技术产业的未来如何?

了解行话

基因叠加是指将两个或多个感兴趣的基因组合成一个植物的过程。基因聚合和多基因转移是科学文献中提到同一过程的另一个绰号。由此过程产生的组合性状称为叠加性状。具有叠加特性的生物技术作物品种被称为生物技术组合或简单组合。堆栈的一个例子是用两个或多个基因编码的植物。苏云金杆菌英国电信)具有不同作用方式的蛋白质。它是一种杂交植物,同时表达来自两个亲本植物的抗虫性和抗除草剂基因。

为什么基因叠加

与单性状作物品种相比,堆栈提供更广泛的农艺增强,使农民能够满足他们在复杂的农业条件下的需求。生物技术烟囱被设计成有更好的机会克服该领域的无数问题,如害虫,疾病,杂草,以及环境压力,使农民能够提高生产力。

基于bt基因技术的多重抗虫性表明,基因叠加提高和简化了生物技术作物的害虫管理。经验表明,当目标害虫发生变异并适应以击败Bt性状时,单一Bt基因所赋予的抗性有可能被破坏。

防止或延迟对英国电信基因,许多监管机构要求在-英国电信品种与英国电信作物。一般来说,对于一个单一物种来说,避难所约占总作物面积的20%。-英国电信性状多样性。

而避难策略减少了害虫克服英国电信特质,农民无法实现英国电信作物。下一代英国电信通过对几种Bt基因的叠加,发展出多种调控昆虫的作物。由于害虫很难克服多种杀虫蛋白,因此这种基因叠加方法降低了抗性破坏的可能性。更持久的英国电信烟囱允许以某种方式限制产量的较低避难区要求。

这个英国电信在杂草管理中也采用了基因叠加原理。杂草对商用除草剂的抗性已记录为不同的除草作用模式。为了赶超杂草抗性,生物技术种子开发商已经积累了大量的基因,以扩大除草方式的作用。例如,这是通过结合草甘膦抗性基因来实现的。兴奋性突触后电位拍打抗除草剂草胺磷和/或抗除草剂基因DMO抗除草剂麦草的基因。

基因叠加在植物代谢工程中尤其有用,因为大多数代谢过程和生化途径都涉及许多相互作用的基因。例如,通过将三个类胡萝卜素基因叠加到水稻胚乳中,构建了水稻胚乳中维生素A(β-胡萝卜素)生物合成的完整途径。通过花青素生物合成途径中的两个基因的叠加,改变了花的色素沉着过程,从而产生了花颜色发生变化的生物技术玫瑰。给生物技术的玫瑰花新的蓝色阴影。

基因叠加过程

表1总结了基因堆叠的常用方法,并提供了每种方法产生的商业化堆叠的示例。将基因堆积到植物中最简单和最快的方法是在具有不同生物技术特性的亲本植物之间进行杂交,一种称为混合叠加的方法。大多数商用生物技术产品,就像三叠,四重叠加,是广泛应用和接受的系列混合堆垛产品。另一种基因堆叠方法被称为分子堆叠,它涉及通过标准的传递系统,如农杆菌-介导的和生物的方法。7、8在一些书库里,利用常规育种方法进行了分子积累,得到了较为理想的性状。

表1。生物技术生产中常用的基因堆积方法。

基因叠加法

描述

商业堆栈示例*

混合叠加

含有一个或多个转基因的植物与含有其他转基因的植物杂交。通过迭代杂交实现了多栈杂交。

玉米:Agrisure™Viptera™3220(BT11 x MIR162 x TC1507 x GA21)

棉花:Roundup Ready™Flex Bollgard™II(Mon88913 x Mon15985)

共转化

一种植物由两个或多个独立的转基因转化而成。感兴趣的转基因是在单独的基因结构中,并同时传递给植物。

玉米:Naturgard™knockout™(BT176)BT Xtra?(DBT418),第Yieldgard™(MON810,MON809MON802)

连锁基因或多基因盒转化

植物通过含有两个或多个连锁转基因的单基因结构进行转化。

玉米:Herculex™I(TC1507)Herculex™RW(59122)Agrisure™CB/LL(BT11)

大豆:vistive™黄金(MON87705)

再改造

含有转基因的植物与其他转基因植物一起转化。

棉花:Bollgard™II(MON15985)

*商业生物技术栈的例子来自在线的isaaa转基因批准数据库。威廉希尔.其中提供了有关生物技术堆栈派生的更详细信息的链接。

生物技术发展趋势

据估计,2017年生物技术作物种植总量为7774万公顷。这占全球1.898亿公顷生物技术作物种植面积的41%以上。美国农业部估计,棉花和玉米的堆放,分别2017年,美国种植面积占总面积的80%和77%。

1995年获得监管部门批准的第一个棉堆是一个双杂交棉堆,该棉堆由Crossing Bollgard™棉生产,表示英国电信毒素Cy1Ab和Roundup Ready™棉,兴奋性突触后电位抗草甘膦除草剂的酶。随着这一混合堆栈的商业成功,开发商试图将更多的生物技术特性叠加到他们的作物组合中,从而创造出多层次的杂交品种。棉质三层组合英国电信2008年,抗草甘膦基因占美国棉花面积的54%以上。最近发布的8个基因玉米组合以其商品名smartstax™闻名,是通过4个不同的生物技术玉米系将2个耐除草剂基因与6个基因组合而成的结果。英国电信基因。由此产生的堆栈具有杂草的双重控制模式,鳞翅目昆虫和鞘翅目昆虫的避难要求从美国玉米带的20%降低到5%。十一

最近一批生物技术性状的增加为下一代生物技术作物创造了趋势。未来的堆栈可能不仅涉及多种害虫抗性,还涉及这些特性与工程代谢途径的结合,以及通过代谢工程同时引入多种途径(例如,β-胡萝卜素途径,抗坏血酸盐,叶酸和维生素E的合成)。3,7,8

监管方法

全球生物技术产品批准和发布的监管原则和程序各不相同。在美国和加拿大这样的国家,对于商品化混合堆,不需要单独或额外的监管批准,混合堆是跨越许多已经批准的生物技术生产线的产品。这项政策是基于这样一个论点,即在一个已经证明不会造成环境或健康危害的堆栈中,单个特征成分之间的相互作用不会导致新的或改变的危害。美国环境保护局,然而,可能需要在识别与“工厂合并保护剂”或PIP(例如英国电信杀虫蛋白)因为PIP的组合可能导致更高的或改变的毒性。

相反,在日本和欧盟国家,堆栈被视为新事件,即使个别事件得到市场认可,必须通过单独的监管审批流程,包括对其安全性的风险评估,类似于单性状生物技术事件。风险评估的重点是识别可能由组合基因引起的额外风险。可能的风险是相互作用的蛋白质对目标生物和非目标生物的影响发生改变,作物的入侵性增加,这可能造成环境风险。

技术挑战

对于开发者来说,在大分子堆或复杂混合堆之间的选择将基于开发和注册一个堆的货币成本和时间线。在必须通过单独监管审查的国家,单次分子堆叠比长混合堆叠更具成本效益。有,然而,技术的
涉及分子堆叠,包括大的多基因结构的设计,传递到植物细胞的方法和多基因表达的稳定性。分子生物学家正在开发新的基因工程方法来解决这些问题。其中
有希望的技术包括位点特异性基因重组系统、工程DNA切割酶和被称为微小染色体的人工基因组合。

多个转基因可能如何影响植物的整体生理学,以及有多少个基因以及哪些基因组合可以堆积到植物中,这是最主要的关注点。
开发人员。如果多个转基因插入将彻底改变植物的蛋白质合成和代谢过程,这些很可能会影响产量。虽然这种产量拖累不一定是生物安全问题,产量损失将需要通过降低生产成本来抵消,而额外的优质农民将从生物技术特性的附加值中获得收益,从而使一堆生物技术产品成为可行且有益的生物技术产品。

工具书类

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  10. 美国农业部。(2017)。通用电气采用的最新趋势。http://www.ers.usda.gov/data-products/adoption-of-genetic-engineering-crops-in-the-us/recent-trends-in-ge-adaptation.aspx。
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*更新日期:2018年10月

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