农作物的遗传改良(GM)工作是否鸣金收兵了?有些科学家认为恐怕是的,但堪培拉一家非盈利性植物生物技术研究中心CAMBIA的负责人、分子生物学家理查德·杰弗逊(Richard Jefferson)认为,GM革命方兴未艾。在世界第一份转基因粮食作物生产许可证颁发13周年后的今天,这位44岁的科学家要彻底改变植物遗传学的传统观念。例如,他认为,完全可以在不用引入外来基因的情况下获得高品质的GM作物,而对水稻或玉米之类的植物进行基因测序纯粹是浪费时间。以下是《新科学家》记者艾桑·马苏德(Ehsan Masood)对杰弗逊进行的采访,这位科学家以挑战似的口吻向研究人员提议——
记者:您在10年前创办CAMBIA时曾许诺要用与众不同的方式进行科学研究,那么请问,CAMBIA研究问题的方法与其他生物技术实验室的方法有什么不同?
杰弗逊:科学上有一种忽视方法开发的倾向而往往使其在超凡入圣的知识积累活动中居于次要地位。只要随便翻阅一下科学史便可看出,绝大多数科学家都有一种旅鼠似的脾性:面临问题时只考虑自己能不能够解决,而不考虑它需不需要解决,不过据我所知,旅鼠并没有这样的脾性。CAMBIA正是要在这方面尽己所能作出榜样。我们搞发明创造,并为那些未获特许者提供他们自己帮助设计的工具和技术。这基本上就是我们所说的“改革民主化”。
记者:这倒是够公平的,但您怎么会想要以不同的方式来进行研究呢?
杰弗逊:几年来我们唠唠叨叨反复提到的典型例子是单性生殖,即在无性繁殖的情况下获得种子。单性生殖是许多植物的本能,如蒲公英、黑莓等等,它们都可以通过种子进行无性繁殖。如果农作物也能以单性生殖方式繁殖,那将意味着农民完全不必每年都去购买新种子来重新栽培。还有,非常重要的是,那将大大减少诸如马铃薯和木薯之类带有病毒的作物在每次插种时可能造成的疾病传播。这其实就是“终结者”技术的对立面,“终结者”之所以引入注目,是因为这项技术的目的在于一次种植之后可以获得种子而不能进行繁殖。
记者:“终结者”的开发使种子公司能迫使农民每年都要购买新种子,而单性生殖则意味着农民完全不必一而再地购买种子。那么毫无疑问,种子公司不会支持单性生殖。
杰弗逊:我也是这么想。不过我发现,有些种子公司的高层领导人也向往单性生殖。这意味着他们再也不必在种子改良技术上作那么大的投资,然后还要担心它是否能获得回报。无论是采用生物技术手段还是传统技术手段,种子的改良和生产都是一件既耗财又耗时的事情。单性生殖不仅可以省去新品种鉴定所需要的时间,而且能明显降低杂交种子生产的成本。你可能每年都要发表数百个适宜各种地方性条件的新品种,但是在知识产权方面必需认真地考虑一下。如果有一家种子公司垄断了这项技术,那么对其他公司来说就是一场恶梦,它们可能在一瞬间就会被淘汰出局。这是共享技术至关重要的一个典型例子。
记者:您对另一种“圣杯”工作——测定水稻之类重要作物的基因序列——持批评意见,请问这是为什么?
杰弗逊:咱们想象一下钢琴的琴键。每架钢琴都有88个琴键,但是它们什么也没有告诉我们。我们都知道每个琴键意味着什么,但是它并没有告诉我们怎样来演奏“贝多芬”,也没有告诉我们如何来演奏“勃拉姆斯”或“莫扎特”,所有的乐曲都被“锁”在那些琴键之中。秘密并不在于这些琴键本身,而在于它们的不同组合、工作状态、持续时间和音响强度。对于基因来说,这是同样的道理。这项工作并非是从DNA测序中来获得“锁”于基因组内的秘密,只不过像是在检查钢琴的琴键。我时常把DNA测序和现在混合成术语“基因组学”的这项热门工作比作为一个在深夜路灯下的醉汉。他正四肢着地爬在地上找他的车钥匙,此时有个人路过并问道:“嗨,朋友,出了什么事?”醉汉抬起头瞧了瞧来人,含糊不清地说:“哦,我正在找车钥匙。”过路人弯下腰来帮忙,俩人找了10来分钟,后来,他问醉汉:“你确实是在这儿掉了钥匙吗?”醉汉说:“啊,不,朋友,我是在远处街头掉了的,但那儿太黑看不见。”我们眼下正在进行DNA测序,只是因为我们能够测定它,而不是因为它肯定会提供我们所需要的东西。
记者:那么,水稻和玉米之类的植物基因组测序工作现在进展如何,它是否能得到有益的运用?
杰弗逊:它当然会得到运用。但问题是:它是否能在任何场合都像一种具有不同风格的科学研究那样有用?有人也许会说:“可以瞧瞧所有已经获得的成果。”然而,那是因为你让许许多多的人都在做测序工作,而且你把许许多多的钱都投在了这项工作上。
我给你再举一个例子。在麦迪逊威斯康星大学有一位伟大的玉米遗传学家,名叫约翰·多伯利(John Doebley),此人我并不认识,但他的工作确实很了不起。他目前正在进行玉米和墨西哥假蜀黍的遗传学研究。墨西哥假蜀黍是一种小草似的绳状植物,这种植物恰巧与美国中西部那种又高又大的玉米属于同一个种。结果看来,这两种植物之间几乎所有的差异只取决于几个基因,而其外形上的巨大差异也仅与一个单基因相关。多伯利对该基因进行了测序,他发现了什么呢?大家可能会感到非常惊讶,他发现墨西哥假蜀黍基因的蛋白质序列居然与玉米基因相同。当然,两者还是有一点差异,那就是在各基因表达的方式上,换句话说,就是各基因对其他基因进行调节的形式。但是,你从中绝对找不出那种来自某个基因序列的信息。
记者:您能不能举例说明,在既不需要利用基因序列信息又不用插入外来基因的情况下也能开发出一种有用的GM作物?
杰弗逊:利用一种开发的名叫“转基因组学”的方法的例子有很多,比方说你想培育一种具有阔叶而非窄叶的稻子。现在你也许会问,为什么要培育这样的稻子?原因是,在西非只要是把稻子作为一种非常重要的农作物来耕种的地方,都存在着严重的杂草问题。因此,西非人倾向于种植Oryza glaberrima稻子,因为它的叶子宽阔而下垂,能把杂草遮蔽掉。不过,O. glaberrima并非他们的首选稻种,许多人更喜欢典型的亚洲稻,一种名叫Oryza sativa的不同稻种,但是他们并没有种植亚洲稻,因为这种稻子的叶片太窄小,会使杂草增生扩散。可是,如果我们能让亚洲稻长出阔叶不是很好吗?
这就是转基因组学起作用的地方,它使我们能用一种全新的方式操作植物基因组。因为这种方法不同于现行方法,它并不用把外来物种的前限定性DNA引入我们想培育的作物,而是通过模拟植物在进化过程中的自然演变来操作该植物本身DNA的表达型式以获得更好的结果。
记者:还有其他例子吗?
杰弗逊:假设你想获得一种根系很深的小麦。如果采用传统的植物育种法,那么要用很多年时间来进行不同类型小麦的杂交,最终才能获得具备你所需要的特性的小麦。尽管如此,你最终获得的小麦可能还是含有一些你并不想要的其他特性。那么现在的问题是:能不能加快这一意向性育种过程呢?同时,能不能迅速而有效地只改造出合意的特性呢?还有一个更富有挑战性的问题:能否不用昂贵的DNA序列信息而达到我们的目的呢?经过几年的勃然奋励,现在终于到了预期目标即将实现的关键时刻。我的同事安德尔齐伊·基连(Andrzej Kilian)已开发出一种方法,我们暂且将其称之为“多样性排列技术”,简称“Dart”。这种方法确实非同凡响,安德尔齐伊及其课题组只用一个晚上就能绘出一张遗传图,而且还无需任何基因序列信息,这一工作过去要两三个人花一年时间才能完成。对此我现在不便透露过多的细节,因为安德尔齐伊马上会有论著发表。不过,我可以告诉你,这一技术开发所遇到的各种困难大都已经得到了克服,我们目前正将其延用于一些重要的热带作物。
记者:您对当前的GM论战是怎么看的?
杰弗逊:我来给你讲一个你会觉得十分有趣的故事。最近我和一家大型生物技术跨国公司研发部的经理参加了一个会议,在会上我们谈到了GM危机,当我问他对此是否会感到担心时他笑了。你知道他是怎么说的吗?他说,“我的大豆计数器对GM危机感到高兴。”他们目前正在通过出售除草剂和杀虫剂挣得大把大把的钞票。这种GM作物危机与食物安全或环境安全没有任何关系。我还可以给你讲一件事,有一种食物每年都使数以百计的人丧生。它是一种众所周知的过敏原——每年都会引发数千例过敏症。它不受禁止,即使它的油被用于无以计数的食品当中,它也并不都会被给予标示。
记者:是什么食物?
杰弗逊:就是花生。不过我们知道,谈及要禁止栽种花生是可笑的。其实,在人们对GM作物感到不安的背后是一种实实在在的不满。但主要原因是,由于跨国公司的极度操纵,许多企业的隐性资产受到损失,而且,现代的研究与发展再也不受“大众食品”原则的支配。食品业和农业现在已经脱离了小型商行和家族式农场的控制,成为隐性资本帝国的一小部分。这使包括我在内的许多人都感到灰心。核心问题并不是这些公司邪恶,许多公司其实还是有一些非常好的想法。但是规模不大而有创新愿望的企业要想成为真正的选手,必需有一种能力——能为本地区的农业、科技和商贸活动作出贡献。然而,从那些关系到能使许多方法切实可行的关键技术所获得的各类专利来看,目前的趋势倒是使这一切变得几乎没有什么希望,那么人们自然会感到心烦意乱。
记者:我们还能期望在田野上见到其他的创新应用成果吗?
杰弗逊:这个主意怎么样?大多数农民都想了解他们庄稼地里的氮肥是否够量,那么,我们不是可以发明一种标记植物来作为生物学工具吗?促使它能通过变色来表示其含氮量的信息?比方说,如果颜色为鲜明的黄色或橙色,就表示“你的庄稼地还需要多施一些氮肥”。你也可以用一种类似的方法来指示土壤是否存在其他营养物质缺乏的问题或病原体潜藏的问题,它将使你能在无需昂贵设备的情况下培育出优质作物。还有,如何让农民确定何时何地将他们庄稼的基因启动?也许,对着庄稼撒尿就可将其基因打开或关闭。这不是开玩笑,尿里面含有名叫“葡糖醛酸苷”的化合物,是机体解毒的主要形式。在CAMBIA,我们发明了一项利用葡糖醛酸苷把基因打开或关闭的技术,研制这样一种技术的设想意味着你没必要去购买那些异曲同工的化学制品。
[New Scientist,2000年10月21日]