番木瓜(Caricapapaya)是一種有較高食用和藥用價值的草本果樹，番木瓜蛋白酶廣泛套用於醫藥、美容、日化品等行業。番木瓜環斑花葉病毒(PRSV)是危害番木瓜生產的一種世界性病毒，植株受到侵染後，無法進行有效治療，目前的化學殺菌劑不能有效控制其蔓延。培育抗病品種是防治環斑花葉病毒最緊迫的任務之一，但番木瓜栽培品種中缺乏有效抗病基因資源。直到1986年，Abel等報導了病毒基因轉入寄主植物，導致植物產生抗性的現象，受此啟發，育種家們開始使用轉基因技術解決番木瓜抗環斑花葉病毒問題，抗環斑病毒的轉基因番木瓜應運而生。
基本介紹
- 中文名：轉基因木瓜
- 外文名：transgenic papaya
- 特點：抗木瓜環斑病
發現,研發,優點,安全性,標識,檢測,
發現
轉基因木瓜1948年Jensen在夏威夷的瓦胡島上發現番木瓜上有一種病毒引起的病害，他將該病毒命名為“番木瓜環斑病毒”。種植抗病品種是防治該病毒病害的有效措施，但番木瓜栽培品種中缺乏抗性資源，野生番木瓜中的抗性資源又很難通過常規的雜交方法轉移到番木瓜栽培品種中，因此對該病尚無有效的防治方法。轉基因番木瓜在這一背景下應運而生。
研發
目前，有3個轉基因番木瓜轉化事件存在。第一，20世紀90年代初夏威夷大學的Fitch等，將一種環斑花葉病毒(PRSV)編碼的外殼蛋白(CP)基因轉入番木瓜，經過逐步雜交育種，得到了轉基因番木瓜Rainbow，1998年5月在夏威夷正式投入商業化生產。第二，利用PRSV優勢毒株Ys的複製酶(RP)基因，獲得高抗Ys、Vb、Sm等株系的轉基因番木瓜華農一號，於2006年獲得農業部的安全生產證書。第三，將PRSVYK毒株的CP基因轉入栽培品種台農2號，於2001年開始進行田間試驗和生產安全評估試驗。
美國抗病毒轉基因番木瓜的研發美國從1985年開始致力於開發抗PRSV的轉基因番木瓜研究，1989年對PRSV毒株HA5-1的CP基因進行克隆和測序，開始番木瓜胚胎的基因槍轉化，在1991年獲得了抗PRSV毒株HA的轉基因番木瓜品系‘55-1’。1992年4月，轉基因品系‘55-1’R0代植株的小型田間試驗在瓦胡島進行。到了1992年12月，試驗數據充分表明品系‘55-1’在田間條件下對PRSV的抗性表現良好。
我國轉基因番木瓜的研究自1996年首例轉基因農作物商業化套用以來，全球轉基因技術研究與產業快速發展。雖然夏威夷轉基因番木瓜已開發了兩個優良品系，但對我國華南地區4個番木瓜環斑病毒（PRSV）株系、我國台灣以及泰國等亞洲國家的番木瓜環斑病毒（PRSV）株系不具有抗性。因此，不同國家和地區必須要選用當地優勢病毒株系的基因重新進行轉基因研究，才能獲得具有對當地病毒株系抗性較好的轉基因品系。華南農業大學在國內率先進行抗PRSV轉基因番木瓜的基因工程研究。他們利用基因工程的技術手段，將我國華南地區PRSV的優勢株系YS的複製酶基因轉入番木瓜植株，獲得了高抗的轉基因品系‘華農1號’。於2006年獲得在廣東省套用的安全證書，在廣東大規模種植後，產生了極大的經濟、社會和環境效益。從根本上解決了番木瓜生產受PRSV威脅的問題，從而恢復了番木瓜“嶺南佳果”美譽，並供應國內外市場，也滿足了食品工業、醫藥和保健等開發的需要。
優點
轉基因番木瓜促進非轉基因番木瓜的生產
夏威夷仍需要生產非轉基因番木瓜以滿足可觀的出口日本市場的需要。由於2010年以前日本對抗PRSV轉基因番木瓜還未開放。因此，夏威夷為了保持其在日本的市場份額，還需要繼續生產非轉基因番木瓜，這是一個間接的轉基因番木瓜促進非轉基因番木瓜生產的例子。此外，普納轉基因番木瓜實際上使得非轉基因木瓜的生產成為了可能。這是往往容易被忽略的抗PRSV轉基因番木瓜的重要好處。在普納種植的非轉基因品種‘卡波霍’一直是在日本占主導地位的夏威夷番木瓜。在普納的許多地區，番木瓜果園在大量非轉基因番木瓜植株周圍種植轉基因番木瓜，因為轉基因番木瓜可以作為屏障，清除帶PRSV的蚜蟲，以防它們侵襲非轉基因木瓜。這種方法促進了非轉基因番木瓜的經濟成長。
轉基因番木瓜促進了番木瓜生產用地的減少
抗PRSV轉基因番木瓜可以種植在有病毒侵染的土地上，從而隔離病毒來源以促進非轉基因番木瓜的種植。所以，種植者們清理出來的新區域除了再次種植番木瓜以外還可用於種植其他作物。常被忽略的抗PRSV轉基因番木瓜的環境效益是非常重要的，因為普納的土地和夏威夷其他州的土地非常有限，而且其生物多樣性也是非常難得的。
轉基因番木瓜有助於增加番木瓜品種多樣性
轉基因番木瓜可以增加番木瓜品種的多樣性，擴大瓦胡島的番木瓜市場。1998年，95%的夏威夷番木瓜品種為‘卡波霍’，‘朝霞’和‘深谷’品種不到5%。今天，夏威夷的種植者們有機會在由於PRSV影響商業生產廢棄的瓦胡島種植抗PRSV的‘日出’、‘彩虹’和‘拉耶金’等品種。1996年瓦胡島種植番木瓜2.2hm2，現在種植抗病毒番木瓜57hm2。如果沒有抗PRSV轉基因番木瓜的釋放和採用，這種情況是不可能發生的。
安全性
食用安全性與致敏性、耐藥性
影響人類健康的致敏反應是指轉基因植物中病毒序列編碼的蛋白對人體的潛在過敏性。大量觀察表明，轉基因番木瓜的病毒蛋白對過敏安全性不構成威脅。實際上，在我們日常生活中，經常消費著感染了病毒的水果和蔬菜，只不過人們沒有意識到。但並沒有因此而出現由植物病毒成分引起的不良反應。自植物病毒發現以來，至今還沒有發現植物病毒可以侵染人類的案例。我國對轉基因番木瓜的食用安全性、過敏原性也進行了長期跟蹤研究，沒有發現任何安全問題。
從轉基因與非轉基因番木瓜青果種子、青果果肉、熟果種子、熟果果肉中提取番木瓜中的一種內源毒物—苄基異硫氰酯（BITC），將提取後濃縮的樣品，進行氣相色譜分析，然後將結果進行生物統計分析，發現轉基因番木瓜對BITC的含量並無影響。該研究表明：轉基因番木瓜不大可能有致敏性，並且內源毒物BITC的含量與非轉基因番木瓜無顯著差異。轉基因番木瓜含有抗生素抗性基因，人們擔心食用這些木瓜可能會造成人類對部分抗生素產生耐藥性，如其中的卡那黴素抗性基因。然而卡那黴素抗性基因來自於細菌，在培育轉基因植株中廣泛套用。在轉基因木瓜培育過程中也用來篩選轉基因植株。經過長期的研究和觀察，大量數據證明卡那黴素抗性基因在轉基因植物中是安全的，針對一些人的質疑，2011年4月13日，歐盟食品安全局轉基因專家小組公布一份科學報告，再次確認將卡那黴素抗性基因N pt Ⅱ用於轉基因作物的選擇標記基因對人體、動物健康以及環境沒有風險。
卡那黴素抗性基因是天然普遍存在的：在自然界的大量植物中，本來就存在一些植物可以忍耐這種抗生素。在土壤、水和其他環境，甚至在人和動物的腸胃通道里，具有卡那黴素抗性的微生物大量存在。自然界中卡那黴素抗性微生物的廣泛背景意味著人類和動物時時刻刻都暴露在卡那黴素抗性生物中，競爭並共存著。
此時人們可能還會質疑，外源基因是否有進行水平轉移的可能性呢？外源基因水平轉移的可能性是非常小的，因為轉基因食品中的外源基因特別是抗生素抗性基因被攝入人體後，水平轉移至腸道生物或上皮細胞，從而對人體產生不利影響的可能性非常小，目前沒有基因從植物轉移到腸道微生物的證據，也沒有在人類消化系統中細菌轉化的報導。故轉基因番木瓜中的卡那黴素抗性基因對人類不存在抗生素醫療安全性的問題。
農藥殘留
轉基因木瓜的抗性，特別是抗蟲抗病能力的存在可以大大減少種植過程中農藥的使用，以降低農藥殘留對於人類的危害。我國耕地面積僅為美國的2/3，但農藥年用量高達120多萬t，化肥年施用量約4000萬t，分別是美國的2倍和4倍，環境污染嚴重。研究表明，過去10年全球抗蟲轉基因作物的套用，減少農藥使用量（有效成分）超過22萬t，相當於減少15%農藥對作物及環境的影響。例如我國抗蟲轉基因棉花的套用，累計減少殺蟲劑60萬t。因此，轉基因番木瓜比非轉基因番木瓜將顯著減少農藥、化肥的使用，緩解資源短缺、環境惡化等嚴重問題，食用更安全。
生態效益與社會效益
農業生物技術是一場新的綠色產業革命，它將給農民、消費者和社會帶來更多的利益方便和安全保障。轉基因技術是現代生物技術的核心，運用轉基因技術培育高產、優質、多抗、高效的新品種，能夠降低農藥、肥料投入，對緩解資源約束、保護生態環境、改善產品品質、拓展農業功能等具有重要作用。轉基因技術帶來的生態效益、經濟效益十分顯著。1996-2007年，全球轉基因作物累計收益高達440億美元，累計減少殺蟲劑使用35.9萬t。2008年，全球共有55個國家批准了24種轉基因作物進入市場銷售，市場價值達到75億美元。
真實的風險與預測的風險
有關抗病毒轉基因作物安全性問題的許多研究都已經進行，特別是異源包裝和重組的問題。但是，只有少數風險評估具有現實意義，更多的則是有關病毒和寄主的相互作用而不是安全性。區分與抗病毒轉基因植物相關的預測風險和真實風險是非常重要的。因為人們特別是缺少相關專業知識的民眾，很容易混淆轉基因作物的預測風險和真實風險。迄今為止，還沒有可信的證據表明，表達病毒基因的轉基因植物可以增加異源包殼或重組頻率。同樣，幾乎沒有證據推斷，表達病毒基因的轉基因植物可改變現存病毒種群的特點或產生新的病毒。我們更注重結果而不是特殊潛在風險的發生機率。故目前尚沒有明確證據證明轉基因食品是不安全的，所有的風險和危害都是預測的，現實當中尚未存在。綜上所述，其實人們不必對轉基因番木瓜如此驚慌，轉基因番木瓜與非轉基因番木瓜相比，在微生物毒素、農藥殘留等方面更安全，至今尚未發現一例因食用轉基因番木瓜導致的中毒或醫療事故。
標識
我國政府非常重視轉基因生物及其安全性研究工作，評價過程嚴謹，程式規範。對轉基因植物的生產和種植採取了一系列措施。2002年1月，農業部發布了《農業轉基因生物標識管理辦法》，同時發布了《第一批實施標識管理的農業轉基因生物目錄》，番木瓜還沒有被列入此目錄中，因此沒有硬性規定一定要標識出來。目前，番木瓜栽培在我國南方屬於個體行為，通過行政手段要求每家每戶對轉基因番木瓜進行標識，不僅成本高，操作起來也很困難。轉基因番木瓜沒有必要遮遮掩掩，因為目前尚沒有證據證明轉基因番木瓜是不安全的。我國農業部成立的農業生物基因工程安全管理辦公室和農業生物基因工程安全委員會，對轉基因生物及其產品的商品化生產進行了嚴格的安全評價。轉基因木瓜就是經過多年嚴格安全評價，確認安全後獲得商業化許可的。但為了保護消費者的知情權，農業部正在研究轉基因番木瓜標識的操作程式，以後消費者就可以根據自己的判斷購買自己喜歡吃的轉基因或非轉基因番木瓜。
檢測
中國對轉基因生物及產品實行強制標識制度，因此，需要檢測機構對市場上的番木瓜進行轉基因成分例行監測，以維護中國消費者的選擇權和知情權。根據檢測的靶序列差異、外源基因與質粒載體上的組合以及植物基因組上的整合位點，檢測方法分為篩選檢測、基因特異性檢測、結構特異性檢測、轉化事件特異性檢測。一般情況下，篩選檢測以啟動子、終止子等通用元件為檢測對象，初步判斷是否含有外源基因。番木瓜轉基因成分篩查通常以CaMV35S啟動子、NOS-P、NOS終止子等元件為靶序列。基因特異性檢測以轉入的外源基因為靶基因，例如常見的目的基因、標記基因和抗性基因(CP、RP、GUS、NPTⅡ)。對於轉基因番木瓜，除了華農一號轉入的是RP基因外，其他轉基因番木瓜轉入的都是CP基因，未見關於NOS-P和CP基因檢測引物篩選和驗證的相關報導。因此，本研究對轉基因番木瓜CP基因和NOS-P分別進行序列比對，在其保守序列上設計引物，擴大檢測的覆蓋範圍，更好地執行轉基因生物標識制度。
目前，中國的轉基因檢測方法大部分是通過定性PCR方法對轉基因生物進行判定，部分檢測引物存在特異性差、靈敏度低的問題。
