转基因作物的非预期效应及其检测

随着转基因产业的飞速发展,转基因食品的安全性逐步引起人们的广泛关注.外源基因的非预期效应可能引起转基因食品的营养成分发生改变,甚至产生一些新的毒性物质,可能对人类和动物健康以及环境形成潜在的危害,是转基因食品安全性评价的重要内容之一.由于外源基因的非预期效应具有潜在性,非预见性,因此以“实质等同性”为基础的定向评价方法很难充分考虑到由遗传修饰引起的非预期效应.文章主要阐述了转基因植物整合位点的分布和机制、转基因作物可能产生的非预期效应,以及利用基因芯片技术、蛋白质组定量分析技术、代谢组分析技术分别从mRNA水平、蛋白质水平、代谢水平上比较转基因作物和非转基因作物基因表达的差异,在食品安全评价中会是完善定向方法的补充方案,对转基因食品的安全性评价至关重要.     

转基因抗虫作物非预期效应研究进展

在介绍转基因抗虫作物非预期效应概念基础上,分析了转基因抗虫作物非预期效应产生的机制,从转录组学技术、蛋白组学技术及代谢组学技术三方面综合论述了转基因抗虫作物非预期效应的检测方法及检测结果。大多数的研究结果已表明,转基因作物并没有产生明显的大尺度的非预期效应,但仍然不能完全排除转基因作物产生非预期效应的可能,国内外对转基因作物的安全性问题都未给出完全的肯定性结论。     

转基因生物食用安全评价技术体系及其发展趋势

针对如何更加科学合理地评价转基因生物食用安全的问题,采用比较研究的方法对国际组织及我国对转基因生物的食用安全评价框架进行对比,结果表明:1)目前全球对转基因生物的食用安全评价主要包括新表达物质毒理学评价、致敏性评价、营养成分分析、全食品安全性评价、食品加工对食用安全的影响、抗生素抗性评价;2)虽然目前全球基本形成了对转基因生物食用安全评价的原则和技术体系框架,但由于新型生物技术产品的出现,转基因生物食用安全评价的具体过程存在争议;3)转基因生物食用安全评价体系需要在营养学检测方面构建作物营养数据库,在毒理学检测方面构建毒蛋白数据库,在致敏性检测方面建立体外细胞评价模型,在非期望效应方面构建非期望效应评价模型。综上,面对新型生物技术产品,需要继续发展、完善已经建立的转基因生物食用安全评价原则和技术体系,以更好地保障人类健康。     

转基因作物安全评价的检测技术

转基因作物的生物安全问题已成为全球的关注焦点,世界各国和各国际组织相继制定了相关的法律法规来加强转基因作物的安全管理。转基因作物的安全问题需要对其进行转基因生物安全评价,而转基因作物的检测评价技术是判定转基因作物是否安全的关键。笔者综述了当前转基因作物的主要检测技术和安全评价技术,重点阐述了非目标的组学技术包括转录组学、蛋白质组学和代谢组学,在转基因作物的非预期影响的安全评价中的应用。     

基因芯片技术及其在植物中的应用

基因芯片技术是近几年发展起来的一项高通量、快速、高准确度的新技术,该技术已被广泛地应用到基因表达水平检测、特异相关基因分离、基因突变性检测、植物杂种优势预测、种子纯度检测、转基因植物检测及植物检疫等多种研究领域。该研究介绍了基因芯片技术的概念、分类、制作原理及其在植物中的应用和研究展望。     

蛋白质组学方法评估转基因抗虫玉米非预期效应

【目的】转基因育种是将对人类有益的外源基因通过生物技术整合进受体植物的基因组中,使其获得通过自然进化无法获得优异性状,这是转入外源基因的"预期效应"。然而,外源基因插入受体植物还可能产生无法控制和预期的细胞、代谢或表型等方面的改变,即"非预期效应"。非预期效应是转基因植物安全评价的核心内容之一,也是近年来研究的热点和难点。本研究以抗虫转基因玉米为材料,利用差异蛋白质组学技术比较研究转基因玉米与其非转基因玉米之间的非预期效应,为蛋白质组学技术解析转基因植物非预期效应提供理论参考。【方法】选取4份已经进入中国农业部安全评价阶段转苏云芽孢杆菌(Bacillus thuringeinsis,Bt)内毒素基因的抗虫玉米材料,即SK12-5zd、IE034z、Bt799z、Bt799zd,以及它们的对照玉米材料郑单958和郑58,分别种植于可控人工温室中。待玉米幼苗生长至5叶1心期时,每份材料取长势一致的6个单株最上部完全展开叶片,混合作为一个样本进行取样,并提取叶片蛋白质。双向电泳技术分别分离4种转基因玉米和它们各自对应的非转基因材料高丰度蛋白质组,利用Image Scanner扫描仪扫描脱色后的蛋白质凝胶,PD Quest 8.0软件(Biorad,USA)分析蛋白质凝胶图谱,以蛋白点相对体积(%Vol)来表述每一个匹配蛋白质的表达丰度,将电泳凝胶上特异性蛋白质和相对体积大于2倍的差异蛋白质点取样,依据相应蛋白质数据库进行质谱鉴定,并对鉴定出的特异性和差异性蛋白质进行细胞功能富集分析(GO)和代谢途径富集分析(KEGG),以评价转基因抗虫玉米的可能非预期效应。【结果】通过比较4种不同转基因抗虫玉米及其非转基因对照的高丰度蛋白质组,除目标抗虫基因外,共鉴定出61个蛋白质,其功能主要是富集于光合作用、碳固定、能量转运等基础细胞功能相关酶类,如核酮糖二磷酸羧化酶、ATP合成酶、丙酮酸磷酸双激酶等。仅有少数几个与光合作用、碳固定和ATP合成途径等基础代谢过程相关基因出现上调表达。KEGG分析表明,与对照ZD958相比,SK12-5zd的差异蛋白在光合生物碳固定途径中显著富集;Bt799zd的差异蛋白则分别在光合生物碳固定途径、光合作用和碳代谢途径中显著富集。与对照Z58相比,IE034z和Bt799z的差异蛋白均在光合作用代谢途径中显著富集。证明4种转基因材料与对照蛋白质组相似性较高,未见基因的异常表达。【结论】测试的4种转基因材料在蛋白质水平未发生影响其安全性的非预期效应;当前结果表明蛋白质组学技术可以用来验证转基因植物的非预期效应。     

转基因植物及其食品安全性评估方法

转基因产业的迅猛发展使转基因食品从实验室走向餐桌,转基因食品的安全性已为全世界所关注,它涉及到贸易壁垒和人体健康。文章从食品安全的内涵和外延出发,在实质等同性原则的基础上,从外源基因、遗传修饰、非预期效应等方面论述了转基因植物及其食品的安全性评估方法,以便为我国的转基因植物安全性评估和政府监管提供参考。     

转基因植物及产品检测技术研究综述

从转基因植物研制检测和转基因植物及产品的安全评价监测检测两方面对转基因植物及产品检测策略进行了系统地综述。主要介绍了转基因植物及产品检测的主要相关技术如核酸检测技术和蛋白质检测技术,给出了目前已商业化应用的主要外源基因和载体通用基因元件。并对检测技术的发展趋势进行了讨论。     

转基因植物检测技术研究进展

对国内外转基因植物及产品的检测技术进行综述,重点介绍目前使用较广泛的PCR技术、酶联免疫吸附技术、环介导等温扩增技术、基因芯片技术及其他转基因检测技术的原理和特点,并展望今后转基因检测技术的发展趋势和研究方向。     

基因组编辑技术及其安全评价管理

基因组编辑技术解决了常规育种需要多代杂交、所需时间长的问题,加快了育种进程;同时,由于人为增加突变效率、存在脱靶效应等也带来了潜在的安全性问题。简要概述了3 种基因组编辑技术的原理和优缺点,并通过基因组编辑技术与传统育种技术和转基因技术的比较分析,讨论了基因组编辑技术及其产品的优势和可能因脱靶效应而引发的生物安全风险。同时,介绍了世界主要国家对基因组编辑植物的监管模式和相关政策,并结合我国现行法规对转基因生物的定义和风险评估的原则,讨论了基因组编辑技术及其产品的安全评价管理,初步提出了基因组编辑植物的安全评价管理思路。     

转基因作物对畜禽肠道非预期效应的研究进展

随着基因工程技术的发展,全球转基因作物种植面积持续增加,转基因作物及其加工副产物75%以上用于动物饲料原料,因而,非常有必要开展转基因作物饲用安全性评价研究。肠道是机体最大的免疫器官,肠道健康对动物正常生理功能的维持具有重要作用,转基因作物对肠道的非预期效应研究是转基因作物饲用安全性评价的热点。介绍了转基因作物饲用安全性评价的特殊性与必要性,分析了饲料中转基因成分在体内的潜在消解和转移规律,综述了转基因作物对畜禽肠道形态结构和微生态平衡非预期效应的研究进展,旨在为转基因作物饲用安全性评价体系的建立与完善提供参考。     

转基因食品安全评价研究进展

自1996年转基因作物大规模商业化生产以来,以年均10%左右的速度快速增长,2012年种植面积达1.7亿hm2。其在解决全球饥饿问题、保护环境、提高粮食营养品质以及方便的获取药物方面具有巨大的应用前景。但是转基因技术具有一定的风险性,加强转基因作物的安全评价是保障转基因食品安全性的有效手段。在转基因食品进入市场前,要经过严格的食用安全性评价,包括营养学、毒理学、过敏性等方面,另外有非期望效应和肠道健康评价作为补充,为转基因食品的风险规避及大力发展提供了有效的保障手段。凡是经过了安全性评价,获得了安全证书的转基因食品都有安全保障,消费者可以放心食用。     

转基因作物饲用安全性评价研究进展

通过引入外源基因的途径对农作物进行遗传改良,转基因技术已经在作物的抗虫、抗除草剂、抗病、抗旱等方面显现出了巨大的潜力。2013年全球转基因作物种植面积已经比1996年首次种植面积增长了100多倍,达到1.75亿hm²,转基因作物及其副产品大部分则用于动物饲料原料,因此,转基因饲料中外源基因和外源蛋白在畜禽体内消解和转移规律以及转基因成分对畜禽营养、生长、健康等方面的影响是社会关注的焦点。笔者在提出转基因作物饲用安全性评价的紧迫性和必要性的基础上,特别指出转基因作物饲用安全性评价与食用安全性评价的特殊性;讨论和分析转基因作物评价所应该遵循的科学原则;概述抗虫作物、抗草甘膦作物和转植酸酶基因玉米中转基因成分的特性;侧重分析了饲料中转基因成分在畜禽体内的消解、转移,转基因饲料的营养价值和饲料养分效价评定,重点剖析转基因饲料对畜禽营养、免疫、繁殖和肠道微生态影响的研究进展。从短期、长期和多代效应综合分析转基因饲料的安全性,转基因饲料中外源基因和外源蛋白未发现从饲料中转移到畜禽组织、器官和血液中,仅少量残存于消化道前段的食糜中;转基因饲料也没有对畜禽营养、免疫、繁殖、肠道健康产生不利作用。但目前还需深入探讨试验材料的选择和相关信息的准确描述、转基因成分在畜禽体内的消解和转移的方法、转基因饲料对畜禽繁殖、免疫以及长期多代的作用研究,以期为建立和完善转基因饲用安全评价体系提供参考。     

利用PTN系统快速解析转基因水稻种子可溶性蛋白非预期变异的来源

【目的】建立转基因（genetically modified,GM)水稻安全性评价的亲本对照-转基因株系-非转基因对照（parent control-transgenic plant-nontransgenic control,PTN)系统。通过实质等同性比对分析,追溯GM水稻种子蛋白质非预期变异的技术根源,为GM水稻的安全性评价提供技术支持。【方法】根据GM水稻植株培育的技术原理,收集转基因株系（transgenic line,T）、亲本品种（parent variety,P）及其他遗传学背景相关的非转基因组培再生株系（non-transgenic regeneration line from tissue culture,NR）和非转基因遗传分离阴性后代株系（non-transgenic segregated negative offspring line,NS）等对照样本。以转2mG2-epsps抗草甘膦GM水稻株系T13和T23及各自的PTN系统对照样本（P、NR和NS）为试验材料,以种子蛋白质含量和组分的非预期变异为研究对象,根据PTN样本间的多重比较结果解析并追溯GM水稻非预期变异的技术根源。水稻种子可溶性蛋白的提取采用分级提取法,依次用蒸馏水、5% NaCl、70%乙醇和0.1 mol·L-1 NaOH提取稻米清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。蛋白含量测定应用Bradford法,蛋白组分分析采用SDS-PAGE电泳法。【结果】GM水稻株系T13和T23种子总可溶性蛋白含量分别比亲本显著降低3.29%和6.84%,主要受谷蛋白变异影响,但GM水稻变异的最大幅度小于天然水稻亲本P1和P2品种间差异,说明GM水稻种子可溶性蛋白含量变异在安全范围之内。与各自亲本相比,GM水稻株系种子清蛋白和醇溶蛋白组分差异不显著,球蛋白和谷蛋白个别组分存在显著或极显著变异,主要表现为含量的增减。T13株系的56 kD和24 kD球蛋白含量比亲本P1显著增加,T23的65 kD球蛋白含量比亲本P2极显著降低。GM株系T13和T23的谷蛋白组分变异趋势相似,与相应亲本相比,主要表现为19-23 kD和33-38 kD谷蛋白含量显著增加,100 kD和9 kD谷蛋白含量显著减少。突出的变异是GM水稻新增加了41 kD和56 kD谷蛋白组分,但这些变异新组分也同样存在于NR和NS对照样本中。GM水稻株系T13和T23的可溶性蛋白非预期变异的特征与相应的NR对照样本基本一致。NS23对照株系的清蛋白含量和球蛋白组分存在不同于T23和NR23的独特非预期变异。【结论】GM水稻种子总可溶性蛋白质变异主要受谷蛋白含量变异影响,变异幅度小于天然水稻品种间差异。GM水稻种子的清蛋白、醇溶蛋白组分未发生显著变异,球蛋白和谷蛋白个别组分发生了显著变异。GM水稻种子蛋白质非预期变异主要来源于组织培养无性系变异,转基因插入突变的影响较小。     

生物安全:美国转基因作物的评价与管理

本篇综述侧重于介绍美国本土的转基因作物安全评价的过程和进展。回顾了安全评价程序的建立过程,从1975年阿西洛马(Asilomar)会议上关于重组DNA技术的问题,自1984-1994年间第一例转基因作物进行田间试验到评估作为食物和饲料商业化生产时,美国政府、学术界和产业界科学家之间的讨论。此外,一同回顾国际上的指南与美国的系统。整体过程还要考虑人类接触基因来源和表达蛋白是否有安全的或不安全的历史。食用蛋白安全性首要考虑因素为某些消费者是否对其过敏或者拥有转基因编码蛋白的IgE抗体,或者转基因食品会诱发乳糜泻,同时考虑表达蛋白的潜在毒性效果和对人或动物营养的影响。在美国,该过程与国际食品法典委员会的建议是一致的,它是基于科学的并应用合理的假设。迄今为止,没有证据证明在美国获得批准的转基因作物危害人或动物的健康。评价要考虑遗传和环境上的变化对植物新品种产物的影响,并坚持转基因植物食品和非转基因相似物种同样安全的评价原则。     

转基因作物对于土壤微生物的影响

世界大环境下,随着转基因技术在农业上的不断发展,转基因作物的推广和应用取得了很大的进展,其风险评估也受到高度重视。转基因作物对土壤微生物的影响被认为是转基因作物对环境影响领域中不可缺少的一个方面,被纳入风险评估的范围。本文将以近十年国内外已经发表相关研究为理论依据,概述了转基因作物对于土壤微生物的影响,为系统评价转基因作物释放对于土壤微生物影响研究提供相关信息。     

Brazilian biosafety law and the new breeding technologies

Globally, the area of land cultivated with genetically modified (GM) crops has increased a thousand-fold over the last two decades. Although this technology has become important for food production, the regulatory frameworks that underpin these outcomes are based on a list of requirements for a risk assessment that differ from country to country. In recent years, policymakers have had the opportunity to learn from the controversies over transgenics to create effective regulatory milestones for emerging technologies, allowing them to reach their potential for a more sustainable agriculture, ensuring food security. In Brazil, Law No. 11.105 of 24 March 2005 established a framework with four main organizations responsible for risk assessment and management. However, most of new breeding technologies did not exist at that time and were not considered in this law. In 2016, Normative Resolution No. 16 of the National Biosafety Technical Commission (CTNBio) was established to address this gap based on the evaluation of the products obtained through these techniques (termed Innovative Precision Improvement Techniques in the resolution), in a case-by-case consultation system. Briefly, if the product is designated to be a GM, the developer will have to go through the biosafety requirements and will be approved only after CTNBio risk assessment. If the product is designated not to be GM (for the purposes of the legislation), then it can be registered using the existing procedures. Currently, 152 GM products are commercially approved in Brazil. In 2018, CTNBio assessed the first consultation on commercial release of plants generated using the new breeding technologies and has subsequently approved six products. It is expected that many institutions would be able to participate in Brazilian and world markets, developing and introducing new biotechnological solutions and products through a more sustainable approach and without facing public disapproval, a common issue for GM crops.