解读孟山都转8种基因的玉米

作者黎跃进为孟山都公司中国区生物技术植物保护总监，原文载于《生物技术进展》，2012，有改动

玉米产品SmartStax包含了6种抗虫基因和2种抗除草剂基因，它结合了孟山都公司和陶氏化学公司的技术。6种抗虫基因可对地上以欧洲玉米螟为主的鳞翅目害虫多种模式的广谱控制,以及对地下鞘翅目害虫玉米根虫的双模式控制；2种抗除草剂性状使农民的杂草管理具有更大的灵活性。


SmartStax是基因叠加技术成功运用的典范,为综合治理害虫抗性威胁提供了新的工具。

基因叠加类似基因的金字塔堆砌，包括基因叠加、性状叠加以及产品/事件叠加，或者是在方法上的育种叠加和分子水平上的载体叠加。

SmartStax技术涵盖了各个层次和不同方法的叠加。首先它是来自两个公司的4种生物技术玉米事件育种叠加的产物(MON88017、MON89034、TC1507和DAS-59122-7)；而每一个生物技术玉米事件又都是多基因、多重性状在分子水平上(载体)的叠加成果。

值得指出的是，SmartStax最终是通过传统育种的方法来实现基因/性状叠加的。由于上述4种生物技术玉米事件之前均已获得种植批准,通过它们传统育种而来的新产品SmartStax不涉及任何转化的努力，因而无需作为一种新的生物技术产品申报注册,而可被视为传统育种新品种接受审批。这种加速了的育种叠加产品的审批程序在美国、加拿大、巴西、阿根廷和印度已为惯例。

面对许多象抗虫这样复杂的农业课题,单个基因常显势单力薄。通过基因叠加来实现含多基因的复合性状终将成为农业生物技术研发的主流。SmartStax就是应玉米害虫抗性的治理之需而生的。

自20世纪20年代以来,苏云金芽孢杆菌(Bt)一直作为生物杀虫剂被广泛使用至今。1987年,科学家首次应用基因工程技术把Bt蛋白基因转入农作物,研发出了具有抗虫性的Bt烟草,进而又开发出Bt玉米、Bt棉花和Bt土豆等作物。


统计数据表明,应用Bt抗虫生物技术使得1996-2009 期间玉米和棉花杀虫剂喷洒使用量累计减少了相当于1.89亿kg的杀虫剂活性成分, 因而大大减少了农业对环境的负面影响。Bt玉米除抗虫外还有间接抗病作用：伏马菌毒素是一种常见的与虫害共生的真菌，其所产生的伏马菌毒素会危及农场牲畜和人类健康，大量数据表明,Bt玉米中的伏马菌毒素含量比非Bt玉米低,对人畜健康有着正面的影响。

除此之外,Bt玉米也给农民带来了巨大的经济效益。美国明尼苏达大学昆虫系教授威廉•哈钦森在美国五个最大的玉米种植州的研究表明,仅1996-2009 间,这一地区种植Bt玉米的农民和种植非Bt玉米的农民因Bt玉米控制了玉米螟共获益68亿美元。

然而需要防止害虫通过遗传变异对Bt产生抗性,即害虫抗性治理。

害虫抗性治理主要是应对昆虫产生抗药性。目前广为接受的措施之一是，引入对同一靶标害虫具有不同杀虫模式潜力的第二甚至第三个Bt基因,再结合庇护所的合理使用来消除害虫对Bt蛋白产生抗性的可能性。

一只靶标昆虫带有两个针对Bt的突变基因并能抵御双重杀虫模式的Bt蛋白而存活的几率则是微乎其微。根据这一原则,应用基因叠加技术,SmartStax针对每一种靶标害虫都成功地引入了双重或多重Bt基因。

庇护所的意思是，大多数的害虫对Bt无抵御能力而中毒死亡，但极少数的害虫因带有能抵御Bt的突变基因从而存活,导致带有抵御能力的昆虫后代剧增而产生Bt抗性。非Bt玉米田可以作为未含突变基因昆虫的庇护所,使得带有能抵御Bt的突变昆虫之间相互交配繁衍的几率降到最低。

在实际应用中,庇护所需要农民们拨出的一定比例的土地(5%、10%乃至20%)种植传统玉米或不含Bt的生物技术玉米,如抗除草剂玉米, 用以延缓或消除害虫对Bt抗虫蛋白产生抗性。SmartStax的庇护所要求原则上是5%,这得益于SmartStax对地上鳞翅目害虫多种模式的广谱控制和对地下鞘翅目害虫玉米根虫的双重模式控制。棉铃虫是多食性昆虫,也为害玉米，于是棉花种植区内种玉米则要求20%的庇护所。

95% 的抗虫玉米种子和5%的非抗虫玉米种子混合于一个袋子里，作为减缓害虫产生Bt抗性压力的必要措施。图agronomy.mycogen.com


孟山都发展了新的策略。2011年11月,孟山都注册了Genuity SmartStax RIB Complete。它是95% Genuity SmartStax加5%的庇护所(非抗虫)玉米种子混合于一个袋子里，作为减缓害虫产生Bt抗性压力的必要措施。在棉花种植区内则是80% Genuity SmartStax加20%非抗虫玉米作为庇护所。这样,农民无需单独开辟5%的庇护区玉米地。

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