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2020年第9期(发布时间: Dec 11, 2020 发布者:张毅)  下载: 2020年第9期.doc       全选  导出
1   2020-12-11 13:10:32.853 效益加持,争议犹存:转基因作物的“成熟秋天”来了吗 (点击量:30)

数据清晰地显示了全球范围内转基因作物种植面积的“扩张”:从1996年的170万公顷攀升至2018年的1.917亿公顷,平均年复合增长率达24.0%。

在近日由中国生物工程学会、作物科学亚洲协会和国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)共同举办的国际转基因应用网络研讨会上,中外专家通过大量数据总结了20多年来全球转基因作物的经济和环境效应。

有专家指出,现在“已经迎来了这项技术成熟的秋天”。

不过,取得“压倒性”社会经济效益的同时,转基因技术与应用领域中,抗性问题和安全争议仍如影随形。

利益与质疑也让各国在对待转基因作物的态度上推进与保守并存,使其全球种植地域分布发生倾斜。

扩张与效益

“小小的棉铃虫除了电线杆子不吃,什么都吃。”回忆起上世纪90年代初种植棉花,河北省高碑店市农民技术协会会长祖茂堂依然“谈虫色变”,“三代棉铃虫最厉害,怎么喷(药)都打不死,有的成虫泡在农药里还会游泳,鸡吃了虫子都被毒死了。”

1997年,我国批准种植转基因抗虫棉。“每亩地可产500斤籽棉,产量提高了10倍多。棉农不再为虫害发愁了,转基因棉花改善了我们的生活,人人脸上笑逐颜开。”

据这位农民高级技师介绍,光是2010年秋季,他种植的164亩抗虫棉收入就达到16.2万元。

对祖茂堂这样的棉农来说,转基因棉花丰实了他们的“钱袋子”。

据统计,从1997年到2016年,国内95%的棉田应用了抗虫棉,产量提高了10%。棉农总收入增加了1567亿元,平均每公顷(等于15亩)收入增加了2470元。

在增加产量的同时,转基因抗虫棉使得农药用量明显减少。

据英国PG Economics公司(专门研究新技术在农业中的应用对经济和环境影响的公司)农业经济学家Graham Brookes分享的一组数据,1996年以来,转基因棉花在我国减少1.39亿公斤杀虫剂用量(减少31%),显著降低了环境污染。

除了棉花之外,目前我国商业化种植的转基因作物还有番木瓜,尚未批准任何主粮转基因作物。

记者从会上获悉,截至2018年,我国转基因作物种植面积在290万公顷左右,位居全球第七位,占比约1.5%。

与种植玉米、大豆、棉花、油菜、甜菜、木瓜、南瓜、苜蓿、马铃薯、苹果等多种转基因作物的美国不同,我国关于农业转基因的方针政策十分明确:研究上要大胆,推广上要慎重,管理上要严格。

2018年,全球有26个国家种植转基因作物,其中美国、巴西、阿根廷、加拿大和印度等排名前五位的国家占总种植面积的比重高达91.0%,占据绝对主力地位。

此外,还有44个国家进口转基因作物,因此,全球共有70个国家应用了转基因作物。

转基因作物的扩增带来了可观的经济收益。

据ISAAA东南亚中心主任Rhodora R. Aldemita介绍,通过转基因生物技术,1996到2018年间全球增加了8.24亿吨的作物产量,增加了2250亿美元的收入,使数千万农民家庭走出饥饿和贫困。

同时,它们也带来了更大的环境效应。

如1996~2018年,全球转基因作物减少了7.76亿公斤除草剂和杀虫剂的使用,相当于使用量减少了8.6%;节约了1.83亿公顷的耕地面积,保护了生物多样性;减少了二氧化碳的释放。

“以2018年为例,转基因作物减少的温室气体排放为230亿公斤,相当于停驶1530万辆汽车或是英国登记在册的48%的小汽车。”Brookes说。

“双刃剑”另一面

会上,转基因这把“双刃剑”引发的问题同样引起关注。

问题之一是转基因作物的生物抗性。

Brookes坦言,在南北美洲,一些广泛种植耐除草剂转基因作物的农民因过度依赖草甘膦,导致杂草耐除草剂的问题——农民不得不适应和改变杂草控制系统,导致除草剂的使用增加,与15年前相比成本更高。

不过,他表示,杂草抗性问题和除草剂使用增加也是传统作物的趋势,耐除草剂转基因作物使用除草剂的效应仍然比常规作物使用同类除草剂要好,耐除草剂转基因作物仍然比传统替代作物更有利可图。

同样,我国专家也发现长期使用转基因Bt蛋白基因,会使棉铃虫耐受性增强。转基因抗虫棉对一些耐受种群已经不再起作用。

为应对新问题,科学家正在利用RNA干扰技术等杀灭棉铃虫。

关于转基因作物的安全性问题,与大多数与会专家学者所持观点一样,Aldemita在线接受《中国科学报》采访时表示:“迄今为止尚未见到任何转基因食品对健康的危害,也无法从科学上证明它会对人体造成任何威胁。”

不过,人们对转基因作物安全性的担忧依然存在,反对之声依然激烈。许多反对者认为,目前观测时间尚短,无法对其遗传毒性作出定论。

事实上,上世纪70年代,在沃森和克里克发现DNA结构后的20年内,科学家内部就开始了一场辩论,如什么程度的科学遗传研究是适当的、什么程度的监管是恰当的。

1974年,美国加利福尼亚Asilomar会议中心邀请了全球科学家、律师和新闻界人士讨论这一问题。

会上,一些科学家认为,科学家“在制定公共政策方面发挥领导作用”是有危险的;一些人则认为,这样的公众辩论“本身就是一个巨大的威胁,主张或反诉的后果将带来削弱性的限制,甚至是禁止分子生物学研究”。

21世纪,这场辩论最终发展为针对生物技术的一道国际政策“关卡”。

2003年生效的《卡塔赫纳生物安全议定书》(有167个国家签署,美国和加拿大不是签署国)强调了“现代生物技术扩展迅速,公众亦日益关切此种技术可能会对生物多样性产生不利影响,同时还需顾及对人类健康构成的风险”。

对此,瑞士黄金大米人道主义委员会执行秘书长Adrian Dubock曾在2014年发文指出,《生物多样性公约》,特别是《卡塔赫纳生物安全议定书》提出的怀疑,是反对作物基因工程的大多数(不是所有)论点的基础。

“该议定书为发展转基因作物技术设置了重大的监管障碍,给全球社会带来了巨大代价,并与联合国的许多其他目标相冲突。”Dubock写道。

从科学界的辩论,到政策的匡谬,再到近年来国内外围绕转基因发生的诸多舆论事件,都让转基因作物陷入层层迷雾,普通公众难辨是非。

2018年,中国科学家在自然科研旗下《npj—食品科学》杂志发表的一项覆盖我国31个省区市涉及2000余名消费者的调查结果显示,参试者对转基因食品持支持、中立和反对态度的比例分别为11.9%、46.7%和41.4%。

其中,38.8%的人表示对转基因“完全不懂”。

推进与观望

在此背景下,一些国家选择向前推进,另一些则冷眼观望。

欧洲普遍被认为是转基因作物应用的“保守者”。

据ISAAA统计,就商业化种植转基因作物面积而言,88.5%转基因作物种植在美洲、9.5%种植在亚洲、1.5%种植在非洲、0.4%种植在大洋洲,而欧洲种植占比小于0.1%。

在26个转基因作物种植国家中,欧洲仅有西班牙、葡萄牙两个国家。

“但要区分一点,尽管欧盟限制农民获得这项技术,但它实际上允许进口和使用转基因作物。”

Brookes在线接受《中国科学报》采访时强调,以转基因成分为原料或含有转基因成分的粮食、饲料在欧洲的消费量仍然很高,如欧盟最近进口约3900万吨大豆当量。

在他看来,尽管欧盟通过限制获得转基因作物等新生物技术的政策,有效地结束了本地农民之间的竞争,但大多数欧洲农民却必须与进口农产品竞争,他们正在从竞争的角度失去优势。

“欧洲现在的情况是,公民的理解和接受程度比10年前好。

然而,消费者对生物技术作物的知识仍然严重缺乏,因为许多年前反对使用该技术的人提供了大量错误信息。”Brookes说。

今年3月,《转基因作物与食品》发表的一项研究印证了这一观点。

该研究统计认为,欧盟公民对环境中转基因生物存在的担忧从2002年的30%下降到2011年的19%,而对食品或饮料中使用转基因成分的担忧从2005年的63%下降到2019年的27%。

与此相对,美国、巴西、阿根廷、加拿大、印度这五个排名最靠前的转基因作物种植国转基因应用率已超过92.5%(大豆、玉米、油菜的均值),接近饱和。

这些国家需要通过新作物审批、商业化运作或现有品种针对气候变化、抗病抗虫等性能的升级来进一步提升转基因应用率。

此次会议上,很多专家对转基因作物的评价与展望传递出乐观态度。

“抗虫和抗除草剂两类性状对提高世界大豆、玉米、油菜籽和棉花的产量都做出了重要贡献,降低了将新土地纳入农业耕地的压力,保护了生物多样性。”

Brooks说,现在,较新的性状,如耐旱(玉米)、抗真菌(马铃薯)和抗虫(茄子)开始发挥积极作用。

对此,中国农科院作物所副所长、海南农科院副院长张春义也举例说,非洲一些国家大量食用蜀黍(一种高粱),可以通过转基因技术提高其蛋白质的可消化性。

“新工具将打开更多的大门,以开发商业化转基因作物的新面貌。”ISAAA全球协调员Mahaletchumy Arujanan说。在她看来,经过20多年的发展后,现在“已经迎来了这项技术成熟的秋天”。

不过,也有参会者表示,在此之前还需要回答一些“可能尚未完全回答的问题”,“比如,如何使各国的农民和消费者认识到转基因作物的好处和给人们生活带来的变化。”Aldemita说。

2   2020-12-11 12:58:11.807 大北农:做大养猪产业同时加强转基因产品储备 (点击量:9)

9月29日,大北农(002385)对9月25日的机构调研内容进行了披露。当日,方正证券、国寿资产、民生加银基金、建信基金、中融基金、金元顺安基金、粤民投、人保养老、中金资管、丰和正勤投资、瑞民投资、国都基金等12家机构到公司进行实地调研,大北农董事会秘书陈忠恒、集团董事常务副总裁宋维平、作物科技产业金色农华副总裁李军民与机构进行了交流。

调研中,大北农首先介绍了公司近三年的发展规划。未来公司将突出饲料产业的基础地位:继续突出公司的前端料(乳猪料、母猪料)的优势地位,当前前端料的毛利率水平较高(30%以上),今年上半年占比重较大,实现1+n的突破,除了猪饲料外,还将在其他饲料上有所突破,比如禽饲料、水产饲料、反刍饲料等,在干部和队伍建设上,要更加的年轻化、专业化。养猪产业做大做实:以合伙创业养猪为主,能够实现快速扩张,四年前起步已经做到160万头,进入行业前十;九大平台同步推进,员工持股创业机制,可以实现快速突破;当前非瘟的防控做得较好;公司+农户和自繁自养相结合的方式。也有一些不足,在改进中。三年后要大力突出农业科技技术产业(疫苗和生物技术种业),当前种业的科研计划已经排到2035年。

转基因的储备情况。目前大北农已经有两个玉米性状获得了国内的转基因安全证书,而且当前有庇护所品种的目前国内有大北农,后续仍有相应的品种都会陆陆续续的推出,科研机构对公司性状的检验报告显示:防虫效果达到96%,增产10%以上,特别是对草地贪夜蛾有良好的抗性,可以降低生产成本50%以上。

对于机构感兴趣的转基因推广的时间线及转基因推广后的竞争格局问题。大北农表示,农业部正在修改制定品种审定办法,等到品种审定办法出台后,才会知道具体的时间线。目前大北农在国内是占有先机的,后面仍然有潜力的品种。在多点测试的数据结果上显示,公司提供的产品无论是在抗虫、抗除草剂、产量上的表现都是靠前的,公司的双抗性状方面,已经考虑到国内农户的一些使用农药的习惯。从品种开发之初,公司站在环境保护角度,就提出了庇护所的概念,整个系统设计的很完整,分成了第一代、第二代,第一代已经获批,第二代在审批中,后续第三代、第四代也都积极准备中。

目前合作的情况。大北农的合作企业需要筛选,要考虑的是合作企业的品种是否综合表现力好,另外要考虑转进去后品种是否有影响力,目前已经和玉米种子企业合作了40~50家,已经转了200多个品种,国内的主要品种都已经转了,覆盖了2亿亩的种植面积。

未来转基因的盈利模式可能以两种方式:1)收取性状授权费,按照国外的标准,大概每亩收5~10元左右;2)种子提成相结合的方式。当前还没有到商业化推广的层面,合作的200多个品种大概每个品种收取几十万的转入工本费。

知识产权保护问题国家这几年的监管在加强,转基因玉米是可以用试剂检测出来,比杂交技术更容易检测,并且公司主要跟大企业合作。

大北农十分重视研发投入。目前种业正在制定未来10年的发展计划,近五六年公司合计研发投入都是保持在5、6亿元,排在农业企业中的首位。

大豆在巴西的田间表现。也是双抗品种,产品竞争力好,获得了国内进口的证书,也正在当地签订订单种植,跟当地的企业加大合作。

大北农三季度的饲料单月销量的环比增速比Q2快,上半年同比是下降的,目前饲料同比上升。

养猪成本和出栏规划。今年仍然争取做到200万头,目前存栏母猪逐月增加,现在能繁19万头,后备20万头(含GP、GGP)。明年外购比例下降,产能利用率提升,成本会继续下降。目前放养50%+,自养40%+。

3   2020-12-11 13:00:39.85 李传友研究组在番茄避荫反应调控机制方面取得新进展 (点击量:27)

密植栽培是提高作物单位面积产量的有效途径。但在密植条件下,植株间相互遮荫会诱发植物的避荫反应综合征(shade-avoidance syndrome,SAS),如下胚轴和叶柄的伸长、开花时间的提前、分枝的减少等,这些适应性反应又会对作物产量产生负面影响。因此,阐明植物避荫反应的调控机理,对于培育耐荫、耐密植作物新品种具有重要的指导意义。

bHLH类转录因子PHYTOCHROME INTERACTING FACTORS(PIF)通过调节生长素等植物激素的合成以及细胞扩展相关基因的表达,在SAS中发挥关键作用。长期以来,人们对PIF调控SAS的研究多集中在PIF蛋白水平的调控机制上,而对PIF介导SAS响应基因表达的转录调控机理研究尚浅。转录中介体(Mediator)是进化上高度保守的转录共激活复合物,通过连接通用转录机器和基因特异的转录因子,调控基因的转录。中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究组长期致力于研究Mediator在激素信号转导和植物可塑性生长过程中的转录调控机理。在本研究中,他们发现番茄PIF4蛋白通过调控生长素合成和信号转导相关基因的表达,在遮荫诱导的下胚轴伸长中起重要作用。在此过程中,Mediator亚基MED25通过与PIF4直接互作,将RNA聚合酶II招募到PIF4靶标启动子区,激活下游基因表达。因此,MED25作为沟通PIF4和RNA聚合酶II通用转录机器之间相互交流的桥梁,调节遮荫诱导的下胚轴伸长。

这项工作揭示了番茄Mediator亚基MED25与PIF4互作调控避荫反应的转录调控机理,为人们深入认识植物的避荫反应机制,培育耐荫、耐密植作物新品种提供了理论基础。相关研究结果于2020年9月16日在线发表在Plant Physiology(DOI:10.1104/pp.20.00587)。李传友研究组博士研究生孙文静和韩鸿宇为该论文共同第一作者,副研究员翟庆哲为通讯作者,李传友研究员为资深作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。

4   2020-12-11 13:13:46.87 周奕华研究组在纤维素调控因子促进氮利用的研究中取得重要进展 (点击量:34)

氮素是促进植物生长的重要营养元素,对保障农作物高产极为关键。而植物生长的直观体现为生物量的积累。植物吸收氮素后通过氮同化等一系列代谢过程,生成核酸、蛋白等大量功能元件以满足光合作用及生长所需。光合作用固定CO2生成碳水化合物,其中70%以上转化为纤维素等结构多糖用于植物体自身的生长发育,进而促进氮素吸收与利用等生理过程。植物碳-氮代谢如何协同长期备受关注,但纤维素合成与氮代谢直接的分子联系仍鲜有报道。另一方面,氮肥过度施用常引发环境污染,威胁农业可持续发展。提高农作物氮利用效率是解决这一难题的重要方向。从纤维生物质调控促进氮高效入手,可为当前农业‘减施增效’改良提供新的视角。

中国科学院遗传与发育生物学研究所、植物基因组学国家重点实验室周奕华研究组与中国水稻所钱前院士团队及扬州大学刘巧泉教授团队合作,利用正向遗传学手段发现水稻中控制纤维素水平的QTL---qCel1与氮利用效率的QTL---qNLA1共定位,基因克隆将其确定为同一个基因、即转录因子MYB61。遗传学及分子生物学实验发现,MYB61基因的启动子区在日本晴中存在一个helitron转座子插入,是导致其转录水平低于不含此插入的籼稻9311等位的主要原因;此自然变异造成了粳稻日本晴和籼稻9311在纤维素合成水平及氮利用效率上的差异。深入研究发现,MYB61的转录可被低氮诱导,并受氮代谢关键控制因子GRF4的调控。GRF4可以直接结合在MYB61基因的启动子区,增强MYB61的表达;而helitron转座子插入下调其表达。GRF4功能获得型及功能缺失型突变体表现出纤维素合成水平改变的表型,表明GRF4-MYB61调控模块整合了控制纤维素合成水平和氮利用效率的作用通路。而且,MYB61存在籼粳分化,启动子区的helitron转座子插入仅在粳稻中被检测到。田间测试证实,籼稻形式的MYB61可提高纤维素合成水平及氮利用效率,将9311形式的MYB61导入多个粳稻品种均表现出增产效应,且在低氮情况下增产效果尤为明显。因此,该项研究揭示了碳-氮代谢的直接分子联系、鉴定了整合碳-氮代谢的关键节点,为提高水稻等农作物的氮利用效率及实现农业生产‘减施增效’提供了分子工具和新途径。

该研究于2020年10月15日在Nature Communications杂志上在线发表(DOI:10.1038/s41467-020-19019-x)。周奕华研究组的博士生高易宏、扬州大学博士后许作鹏博士和周奕华研究组助研张兰军博士为该论文的共同第一作者,周奕华研究员和张保才青年研究员为通讯作者。该研究得到中科院A类先导专项、国家自然科学基金委、中科院青促会的资助。

5   2020-12-11 13:16:27.8 田志喜研究组在大豆茸毛密度的遗传网络调控研究取得重要进展 (点击量:8)

大豆驯化起源于中国,随后广泛传播于世界各地,为人类提供了主要的植物油和蛋白资源,是世界性的重要粮食经济作物。表皮毛是植物表皮细胞分化形成的一种特殊的细胞形态,广泛分布于植物的叶片、茎秆以及花萼等地上部器官的表面。作为植物应对外界环境(生物或者非生物胁迫)的第一道防线,表皮毛在植物的生长发育以及抗逆中发挥着极其重要的作用。此外,表皮毛也是研究植物细胞命运调控的重要模式系统之一。例如,拟南芥表皮毛作为典型的单细胞结构,其调控机制已经进行了深入的研究,即通过MYB-bHLH-WD40蛋白复合体调节下游关键基因的表达,从而控制表皮毛的分化发育。在大豆中,表皮毛被称为茸毛。大豆茸毛也是典型的单细胞结构,无分支。研究发现,大豆茸毛密度与抗旱和抗虫等重要性状密切相关,然而关于大豆表皮毛发育的遗传基础和分子机理还不清楚。

中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜研究组主要研究方向为大豆功能基因组研究,旨在通过多组学联合的分析方法,对影响大豆产量、品质等重要农艺性状的网络调控系统进行解析,揭示调控大豆器官发生、种子发育、植株形态建成以及品质形成的内在机制,并致力于培育稳产高产优质大豆新品种。近日,该团队挖掘到调控大豆茸毛密度的三个关键基因:多毛控制基因Pd1、少毛控制基因Ps和无毛控制基因P1。发现Pd1编码HD-Zip Ⅳ类的转录因子,Ps编码一个含有WD40结构域和RING结构域的蛋白,P1编码一个含有AAI结构域的磷脂转运蛋白。

遗传分析发现,Pd1与Ps存在互作,并且Pd1和Ps调控茸毛的形成依赖于P1。进一步研究揭示,Pd1、Ps与P1三者之间存在相互调控关系:Pd1通过结合启动子促进P1和Ps的表达并且抑制Pd1自身的表达。同时,Pd1与Ps也存在分子互作,它们形成蛋白复合体共同调控下游相关基因的表达。并且Ps能够抑制Pd1的转录活性从而使大豆茸毛密度维持在一个平衡的状态。此外,赤霉素(GA)和细胞分裂素(CK)信号通路能够上调转录因子编码基因Pd1的表达(图)。该文报道的研究结果显示,大豆茸毛形成的调控模式不同于拟南芥表皮毛,是一种新的调控机制。该机制的发现对于揭示植物细胞命运调控的多样性具有十分重要的价值。

该研究于2020年10月13日在Molecular Plant杂志在线发表,题为“A Pd1-Ps-P1 Feedback Loop Controls Pubescence Density in Soybean”(DOI:10.1016/j.molp.2020.10.004)。田志喜研究组刘书林博士为文章的第一作者,田志喜研究员为文章的通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、农业部和国家自然科学基金委的资助。   

6   2020-12-11 13:04:58.687 东北地理所等在DNA甲基化参与调控大豆与大豆胞囊线虫互作的表观遗传研究中取得进展 (点击量:10)

大豆胞囊线虫(Soybean cyst nematode, SCN; Heteroderaglycines)病是引起大豆减产的病害之一,研究大豆-线虫互作机制对提出新的病害防控策略、培育抗胞囊线虫病的大豆新品种具有重要意义。DNA甲基化(DNA methlation)是一种表观遗传标记,在植物生长发育及响应各种生物或非生物胁迫过程中发挥调控作用。研究表明,胞囊线虫侵染会引起寄主植物基因组DNA甲基化的改变(Rambani et al., 2015; Hewezi et al., 2017;Rambani et al., 2020),基因功能研究揭示,某些特定基因的DNA甲基化状态变化直接参与植物与胞囊线虫互作的调控(Hewezi et al., 2017;Rambani et al., 2020)。因此,寄主植物DNA甲基化模式的改变可能在线虫寄生和调控植物适应性响应中均发挥作用。然而,在SCN与寄主大豆互作中是否也存在DNA甲基化对于miRNA基因表达的调控作用尚未研究。

该研究以对SCN有显著抗、感差异的大豆近等基因系(NIL-S和NIL-R)为材料,在全基因组水平鉴定并分析SCN侵染过程中NIL-S、NIL-R根内受DNA甲基化调控的miRNA基因的差异表达变化。在感病系NIL-S中共鉴定出82个甲基化的miRNA基因,而在抗病系NIL-R中仅有16个miRNA基因受到DNA甲基化修饰。其中,miR5032、miR5043、miR1520b和miR2107-ch16在NIL-S、NIL-R中表现出相反的DNA甲基化状态。此外,两个miR5770家族成员miR5770a和miR5770b在NIL-S中被高度甲基化,而在NIL-R中DNA甲基化水平则显著降低,表明这些miRNA基因在SCN与寄主的兼容性、非兼容性反应中发挥生理作用可能与DNA甲基化相关。基因表达分析证实,SCN侵染时,miR5032、miR5043、miR1520b、miR5770a/b的甲基化状态变化会改变它们在抗、感品系内的基因表达水平,引起靶标基因受到进一步的转录调控。利用大豆发根转化系统在NIL-S中异源表达miR5032、miR5043、miR1520b、miR5770b,可不同程度提高大豆对SCN的抗性。该研究揭示miRNA基因的DNA甲基化动态修饰在大豆与胞囊线虫互作过程中具有重要调控作用。

相关研究成果以Identification of differentially methylated miRNA genes during compatible and incompatible interactions between soybean and soybean cyst nematode为题,发表在Molecular plant-microbe interactions上(DOI:10.1094/MPMI-07-20-0196-R)。中国科学院东北地理与农业生态研究所副研究员胡岩峰为论文的共同第一作者,美国田纳西大学博士TarekHewezi为论文通讯作者。