丁云秀

[摘要]本文在概述全球转基因作物商业化发展态势的基础上，介绍了转基因玉米的商业化应用情况，并重点从转基因技术，性状与基因等方面综述转基因玉米产品线的商业化推进情况，以期为农业主管部门，生物技术研发单位和种子企业提供参考。

[关键词]全球转基因玉米 商业化 发展态势 展望

[中图分类号]S513 [文献标识码]A [文章编号]1003—1650（2016）03—0099—01

1全球及中国转基因作物商业化发展态势

2015年转基因作物已实现商业化种植20年，转基因作物种植面积正在持续增加。据国际农业生物技术应用服务组织统计，截至2014年全球已有28个国家的1800万农民种植了1.81亿公顷的转基因作物，是1996年种植面积的106倍。实践表明，转基因作物对农业的可持续发展作出了重大贡献。来自ISAAA的综合分析表明，转基因作物在1995年至2014年间产生了多重重大效益：采用转基因技术降低了37%的化学农药的使用率，提高了22%的作物产量，农民利润增加了68%。

随着中国的经济社会发展以及农业产业结构调整，中国的粮食需求仍不断增加，比如每年进口玉米和大豆持续增加，而其中90%为转基因产品，特别是中国作为大豆的主要消费国，进口的大豆占全球出口总量的65%。一直以来，中国正积极推进转基因作物的研发工作，转基因抗虫玉米等作物的研发和未来的商业化应用对中国和全球的粮食和饲料需求都有巨大的贡献潜力。

2玉米转化事件在全球商业化应用现状

转化事件（GM event）是指在遗传转化过程中外源DNA与植物基因组DNA发生特异性重组进而通过组织培养而得到的植株个体。因此，本文涉及的转化事件不包括通过常规育种方法将不同的转化事件聚合而得到的转基因植物。转基因作物从研发到商业化应用至少包括初级研发阶段，高级研发阶段，监管阶段，商业化预备阶段及商业化应用阶段。初级研发阶段包括基因挖掘，转化事件的创制、筛选及评价，一般需要3-5年进入高级研发阶段；高级研发阶段是指尚未进入监管阶段的转化事件，但已进入研发阶段的后期并为监管申请提供试验数据，将在7-8年左右实现商业化；监管阶段是指已经至少提交一个国家进行监管申请，并有可能在2—3年内获得许可并商业化应用；商业化预备阶段是指在全球范围内至少获得一个国家规模化种植的许可，但尚未实现规模化种植、生产和销售，是否实现商业化取决于的研发商的决定；商业化应用阶段是指在全球范围内至少有一个国家实现规模化种植、生产和销售。

目前已有16个转化事件实现了商业化生产，涉及的性状包括除草剂耐性（草甘膦，草铵膦），抗虫性状（鳞翅目害虫，鞘翅目害虫），生理性状改良（水分利用效窜和品质改良（淀粉酶含量）4类性状。就目的基因而言，16个转化事件共涉及Bt基因10个，在16个已经实现商业化生产的转化事件中，美国是全部批准商业化种植的国家之一；在欧盟，MON810早在1998年就获得商业化种植的许可，Bt11等12个转化事件已获得批准用作加工原料，但尚未获得批准商业化种植3272，5307和Bt176等3个转化事件尚未获得批准用作加工原料和商业化种植在中国，除了转化事件5307以外的15个转化事件均获得进口用作加工原料的许可。据统计，自2011年以来，我国进口的转基因玉米逐年增加，2014年进口500万吨。

3转基因玉米产品线研发趋势与展望

3.1玉米规模化转基因技术体系日趋成熟

工厂化流水线式的规模化转基因技术体系是获得并实现玉米转化事件商业化化应用的平台保障。玉米规模化转基因技术体系采用的主要方法是基因枪法和农杆菌介导法。规模化的转化体系需要高效的筛选体系，采用抗生素筛选标记基因筛选玉米转化事件存在安全性问题，利用双T-DNA载体是一种较方便的删除选择标记基因的方法，将选择标记基因和目的基因放置在2个T-DNA上，双T-DNA在转基因植株后代分离，筛选只含目的基因而不含标记基因的转基因植株。比如，孟山都公司开发的MON810，MON863等转化事件采用了上述策略删除了抗生素标记基因nptll。先正达公司开发的正向选择系统——甘露糖异构酶基因pm i筛选系统规避了后期通过同源重组删除标记基因的繁琐步骤，如已经商业化的玉米转化事件MIR162，MIR604等。此外，随着玉米转化体系的优化，除草剂耐性基因pat epsps等不仅可以作为目标性状而且可以作为筛选标记用于玉米转化事件的创制，如孟山都公司的MON88017，陶氏杜邦公司的TC1507等玉米转化事件。

3.2功能基因改良及资源挖掘呈多样化趋势

随着功能基因组学和测序技术的进步，不同来源的功能基因得到了充分开发和利用。除了来源于蘇云金杆菌（BacillusTHuringieis）的BT基因，链霉菌属（Strep tom yces）和土壤农杆菌（A grobacterium tum efacims）的除草剂耐性基因pat和epsps之外，其他微生物源的基因，如来源于热球菌目（Therm ococcales）热稳定的α-淀粉酶基因am y797E，枯草芽胞杆菌（Bacillus subtilis）的转录因子cgpB以及大肠杆菌（Escherichia coli）的甘露糖异构酶基因pm i等。此外，来源植物自身基因（Cisgene）的转化也成为转基因育种的主要基因来源，如杜邦公司创制的转化事件98140，其磺酰脲类和咪唑啉酮除草剂耐性基因zm-hra来源于玉米（Zeam ays），Stine Seed Farm公司、孟山都和先正达公司创制的转化事件HCEM 485，6A21和M ZHGOJG，其草甘膦耐性基因epsps均来源于玉米。

3.3输出的转基因性状日益丰富

目前16个实现商业化生产的转化事件涉及的性状包括除草剂耐性（草甘膦，草铵膦），抗虫性状（鳞翅目害虫，鞘翅目害虫），生理性状改良（水分利用效韵和品质改良（淀粉酶含量）4类性状。具体而言，单价除草剂耐性的转化事件3个，其中草甘膦耐性2个，分别为先正达公司的GA21和孟山都公司的NK603，草铵膦耐性1个，为拜耳公司的T25；单价抗虫性状6个，其中抗鳞翅目和鞘翅目的转化事件各3个，分别为孟山都公司抗鳞翅目欧洲玉米螟的MON810，先正达公司抗鳞翅目小地老虎的MIR162，抗鞘翅目玉米根虫的3个转化事件分别是先正达公司的MIR604和5307，以及孟山都公司MON863航虫耐除草剂双性状或同时含有2个或以上Bt基因的转化事件6个，生理性状改良的转化事件1个，为孟山都公司的MON87460，品质性状改良的转化事件1个，为先正达公司3272。

随着转基因技术的发展以及应对玉米生产的刚性需求，新的应运而生。杜邦先锋公司2006年在玉米中实现了基于核不育突变材料的杂交种子生产技术（Seed Production Techno logy），应用轉基因技术改变植物育性，不仅克服育性受环境和遗传背景的影响，易于开展优良性状的聚合育种，而且实现了用转基因手段生产非转基因的不育系种子和杂交种子。新的除草剂耐性性状如陶氏公司开发的2，4-D耐性玉米转化事件DAS40278和孟山都公司开发的麦草畏耐性玉米正在积极地推进商业化，孟山都公司创制的改良玉米产量的转化事件MON87403已于2015年在美国和加拿大完成商业化应用前的审批工作。此外，孟山都、先正达、巴斯夫和阿卡迪亚生物科学等公司在非生物胁迫抗性，养分利用效率，抗病等性状的预研项目也已进入玉米产品线流程。

3.4复合性状的研发与推广备受青睐

2009年，孟山都协同陶氏公司推出了首个含8个基因叠加性状的转基因玉米Genuity SmarStax，标志复合性状转基因玉米已成为未来玉米育种产业的发展趋势，该转基因玉米是由MON89034 DAS1507，ON-88017和DA$59122通过杂交聚合的方式实现的复合性状。

另一方面，通过基因聚合或融合的方式实现复合抗虫性状即多价抗虫转化事件，是抗虫转基因玉米可持续发展的必然选择。比如，杜邦公司2013年推出的玉米转化事件4114同时含有2类3种Bt基因，能够有效防治鳞翅目欧洲玉米螟和鞘翅目玉米根虫对玉米产量造成的损失，而且不同杀虫机制的Bt基因有助于延缓害虫抗性的产生。与上述聚合不同类型的Bt基因不同的是，孟山都公司的DBT418将Bt基因与蛋白酶抑制剂基因聚合，此外，孟山都公司通过基因改造将cry1Ab，cry1F和cry1A c融合为新的Bt基因cry1A.105，同时与cry2A b具有实现了复合抗虫性状；类似地，先正达公司2012年推出的玉米转化事件5307的B t基因ecry3.1A b是cry3A和cry1A b基因的融合。

3.5新型转基因技术及产品应用得到广泛关注

近年来，基于序列特异性核酸酶，如锌指核酸酶（zinc finger nucleases，ZFN s）、转录激活因子样效应物核酸酶TALE s（tran-scription activatorlike effectors，TALEs）和成簇的规律间隔的短回文重复序列Cas9核酸酶（cbslered requbrly interspaced short palindrom ic repeat CR ISPR）的基因组编辑技术实现了对不同物种中目标基因进行定点敲除、置换和插入等基因组靶向修饰。与ZFNs和TALENs相比，CRISPR/Cas系统更简单，并且更容易操作，已被应用于多个作物的品种改良，如水稻和玉米的品质改良，小麦的抗病性状改良等，呈现出更加广阔的应用前景。

3.6转基因生物反应器的研发与应用成为热点

近年来，随着植物反应器技术的多元化发展以及日趋成熟，以玉米为分子工厂合成一些高价值产品成为研究热点。以玉米为植物反应器，用其生产糖类、必需氨基酸、不饱和脂肪酸、维生素、微量元素、生物酶、疫苗、抗体等各种高价值分子代谢物。