十年来,科学家预言遗传工程可以引起农业革命。他们证明:“基因拼接能够使研究工作者在实验室中设计培育出优良的植物,创造出高营养的玉米、耐涝的麦子或抗病的谷物。”
不幸的是,他们由于在主要粮食作物中插入有遗传性状的外源基因的问题错综复杂而受挫。现在斯坦福大学有一组科学家研制发展了一种断裂基因阻障新技术——即电损伤植物细胞的“电穿孔(击)法”。这一方法是在细胞膜上产生微小的开口孔洞,使遗传学家能够将无亲缘关系的物种的遗传物质插入农作物细胞中进行遗传物质的研究。
生物技术企业和种子公司把这一新技术看作是创造更理想的植物的一条途径。由于传统育种繁殖法既花钱多又费时间。植物育种家为育成杂交玉米或小麦的新品种,要通过杂交和再杂交而花费许多年的功夫。杂交玉米或麦子只有在同品种间才可以杂交。专家们说,“电穿孔(击)法”将改变这一切,不仅可以加速育成新的农作物品种,而且能使研究者在非亲系、不同品种间进行基因转移。施多福化学公司研究植物的生物学家依尔文 · 麦特(Irvin Mettler)说:“它(电穿孔击法)可以作为将基因嵌入植物细胞的一种主要工具。”
直到现在植物遗传学家还依赖于天然土壤细菌——土壤农杆菌。土壤农杆菌能够掺入许多不同植物细胞,研究人员将所希望的基因植入细菌、然后再掺入植物的细胞壁,接着插入遗传载体,可是土壤农杆菌有一个重要障碍,它不能掺入最主要的农作物;如:麦子和玉米。
自从70年代以来,研究工作者已经知道电的突然冲击可以使细胞膜更加渗透到一定的物质,电穿孔(击)法最初的使用能使基因插入动物细胞;当另一种技术证明更加有效时,电穿孔(击)法大大被忽视了;直到斯坦福大学的研究工作者看到了它对植物细胞所具有的潜力。
1985年夏天斯坦福大学研究小组的分子生物学家米歇尔 · 富劳姆(Michael Fromm)和劳富林 · 泰勒(Loverine Taylor)以及植物生理学家维格尼 · 瓦波特(Virgnia Walbot)用“电穿孔(击)法”转移一个新基因进入玉米细胞。当他们试验观察有多少细胞获得了外源基因,有多少“子细胞”具有外源基因时,其结果是令人吃惊的。这一技术比将新的遗传物质引入大部分细胞的其他任何已知方法有效一百倍。按照富劳姆的说法,“电穿孔(击)法”也比细菌法的应用更为广泛,它实际上可以用于任何一种植物。瓦波特断言:“电穿孔(击)法”在两年或不到两年内就可能育出植物的新品种。植物遗传学家渴望改变植物的固有属性;例如抗(由)单一基因所控制的除莠剂。在国际Pioneer HiBred——世界上最大的种子公司,科学家用“电穿孔(击)法”进行实验,希望使主要农作物能够防止几种疾病。Pioneer公司的分子生物学家阿索 · 维辛格(Arthur Weissinger)说:“这一技术好像是梦想,但对我们却成了现实。”虽然人们认为在植物育种方面,将一种植物的基因转移到其他植物的能力具有无限的可能性,但研究工作者却嘲笑不要过分夸大“基因拼接”技术的魅力。例如,值得怀疑的是:在不久的将来他们会把仙人掌基因插入麦子或大豆,栽培出抗旱的品系。因为抗旱性是同时被许多基因所控制的。
现在下一个主要目标是对愈伤组织的细胞进行电击,形成无性系植株再生出来。虽然在一些植物(例如烟草和胡萝卜)中能从单细胞成功地再生成完整的植株;但由重要的禾谷类作物的单细胞再生成植株依然是难以捉摸的。斯坦福大学的研究小组正对植物生长激素和其他因子进行实验。试图将遗传性发生变化的玉米细胞再生成完整植株。瓦波特断言要花两年功夫才能解决这一问题。可是每一种植物都有其不同需要,对玉米适用的东西,对水稻可能不适用。尽管依然存在着技术上的困难,生物技术专家宣称在五年内将有许多遗传工程植物的品种会进入商品市场。
卡尔基因公司已经育出基因拼接的烟草——其不受世界销路最好、而又广泛使用的除莠剂(草甘膦)的影响;这将有利于除莠剂成功地消灭竞争力强的杂草而又不至于破坏农作物。专家们确信其他植物的品种也将随之出现。
[Science Digest,1986年9月]