太長(zhǎng)不看
1. 番木瓜環(huán)斑病毒自1945年被首次發(fā)現(xiàn)后，肆虐全球幾十年，番木瓜家族近乎“滅門(mén)”。
2. 轉(zhuǎn)基因番木瓜“華農(nóng)1號(hào)”可以高效抗擊番木瓜環(huán)斑病毒，獲得了轉(zhuǎn)基因生物安全證書(shū)后，開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。
3. 現(xiàn)番木瓜市場(chǎng)上90%以上都是轉(zhuǎn)基因品種。
過(guò)去的2019~2020冬季，大家都因新冠病毒宅在家里，可是你們知道嗎，剛剛過(guò)去的冬天是自1961年以來(lái)，我國(guó)冬季氣溫歷史同期的第五高哦 [1] ，是穩(wěn)穩(wěn)妥妥的暖冬。隨暖冬而來(lái)的危害可不少，比如海平面上升、森林火災(zāi)、呼吸道疾病上升，以及蚜蟲(chóng)（膩蟲(chóng)）蟲(chóng)害。
不要小看 蚜蟲(chóng) ，它是對(duì)農(nóng)作物最具破壞性的害蟲(chóng)之一，不光吸食植株的汁液，還能通過(guò)其口器傳播幾十種植物病毒，導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降，甚至絕產(chǎn)，從而引起不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，外加吃貨的精神損失。
受吃貨們喜愛(ài)的番木瓜家族，就差點(diǎn)因?yàn)檠料x(chóng)傳播的番木瓜環(huán)斑病毒慘遭滅門(mén) ，幸好科學(xué)家們及時(shí)研究出辦法，為吃貨們挽救了一條“果命”。
故事到底如何峰回路轉(zhuǎn)的呢？讓我們一起來(lái)看看。
番木瓜的病因
事情要從1945年的美國(guó)夏威夷群島說(shuō)起，這一年，當(dāng)?shù)氐墓r(nóng)發(fā)現(xiàn)果園中的番木瓜樹(shù)好像生病了， 葉片的顏色不均勻，形狀像雞爪子，果實(shí)上還出現(xiàn)水漬狀圓斑，樹(shù)長(zhǎng)得也沒(méi)以前高 了。時(shí)間一天天地過(guò)著，這種癥狀不見(jiàn)好轉(zhuǎn)反而更加嚴(yán)重，葉片開(kāi)始大量掉落，最嚴(yán)重的整棵樹(shù)都死了，當(dāng)?shù)胤竟袭a(chǎn)業(yè)幾近被摧毀。果農(nóng)們幾經(jīng)搬遷，非但沒(méi)能解決問(wèn)題，反而把這種病帶去了更多地方。
（發(fā)病癥狀 | 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物病毒研究室番木瓜團(tuán)隊(duì)提供）
隨著壞消息慢慢傳開(kāi)，科學(xué)家們開(kāi)始研究番木瓜集體發(fā)病的原因，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，罪魁禍?zhǔn)拙谷皇且环N新型病毒，1949年美國(guó)科學(xué)家Jensen將這種新型病毒命名為 Papaya ringspot virus [2] （PRSV，番木瓜環(huán)斑病毒） 。
番木瓜環(huán)斑病毒為何肆虐？
傳染病最嚴(yán)重的問(wèn)題在于它強(qiáng)大的傳染力。 番木瓜環(huán)斑病毒 （PRSV） 主要是 通過(guò)蚜蟲(chóng)（主要是棉蚜和桃蚜）取食番木瓜進(jìn)行傳播 ，別看蚜蟲(chóng)只不過(guò)芝麻大小，但它的傳毒效率可是極高的。蚜蟲(chóng)只要在病株上停留2分鐘即可攜帶病毒，取食健康果實(shí)5分鐘就可將病毒傳入 [3] 。除了這種昆蟲(chóng)“即食即傳”的快速傳播方式外，病毒還可 通過(guò)果樹(shù)嫁接、植株表面的傷口進(jìn)行傳播 。很快，一株樹(shù)上的病毒就能傳播得很遠(yuǎn)。
那么如何降低這種病毒的傳染力呢？一般可以從三個(gè)環(huán)節(jié)入手： 傳染源 （番木瓜環(huán)斑病毒）、 傳播途徑 （主要是蚜蟲(chóng)）和 易感體 （番木瓜本身）。棘手的是，跟許多病毒一樣，針對(duì)PRSV沒(méi)有特效藥，無(wú)法通過(guò)噴灑農(nóng)藥來(lái)徹底消滅傳染源。切斷傳播途徑也不是易事，蚜蟲(chóng)的繁殖極快，一年可以繁殖二三十代。 如果長(zhǎng)時(shí)間噴灑殺蟲(chóng)劑， 蚜蟲(chóng)會(huì)產(chǎn)生耐藥性 ，它繁殖快，變異率也高，一旦蚜蟲(chóng)變異，將更難防治。
這一系列操作下來(lái)，傳染源和傳播途徑都很難控制，那么能否解決易感體，也就是番木瓜自身的易感問(wèn)題呢？從田間調(diào)查和雜交培育的成果上來(lái)看， 自然界中的番木瓜都不具有天然的PRSV優(yōu)良抗性 。
于是，PRSV因缺少有效的防治手段，開(kāi)始全球爆發(fā)。20世紀(jì)50年代開(kāi)始傳入中國(guó)，新型病毒沒(méi)有天敵，能迅速扎根，瘋狂傳播，幾乎所有的番木瓜種植區(qū)都遭其黑手，基本上 哪里種植番木瓜，哪里就有番木瓜環(huán)斑病毒為害 。
番木瓜家族幾乎被“滅門(mén)”。
（電子顯微鏡下番木瓜環(huán)斑病毒粒體 | 參考資料[4]）
番木瓜的劫后重生
雖然番木瓜本身沒(méi)有抗病毒基因，但能不能 從外界轉(zhuǎn)入一段具有抗病毒能力的基因 呢，答案是：可以。
早在20世紀(jì)80年代，美國(guó)的科學(xué)家就開(kāi)始致力于轉(zhuǎn)基因番木瓜的研究，他們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因番木瓜表現(xiàn)出對(duì)番木瓜環(huán)斑病毒非常高的抗性。1998年，美國(guó)康奈爾大學(xué)和夏威夷大學(xué)合作研發(fā)的兩個(gè)轉(zhuǎn)基因抗病品系 （‘SunUp’和‘Rainbow’） 在美國(guó)開(kāi)始進(jìn)行商業(yè)化種植， 在抗病效果和商品品質(zhì)上的表現(xiàn)都很優(yōu)秀 ，從此轉(zhuǎn)基因番木瓜走上了美國(guó)市場(chǎng)。于2003年和2010年，美國(guó)的轉(zhuǎn)基因番木瓜分別進(jìn)入了加拿大和日本市場(chǎng) [5] 。
我們是不是也可以種植美國(guó)的轉(zhuǎn)基因番木瓜呢？太天真了~這倆品種 對(duì)我國(guó)的病毒株系不具備抗性 （因?yàn)椴煌貐^(qū)的病毒，其優(yōu)勢(shì)株系可能不同） 。
我國(guó)臺(tái)灣早在1996年由中興大學(xué)研究獲得了高抗番木瓜環(huán)斑病毒的轉(zhuǎn)基因品系。中山大學(xué) （2003年） [6] 、華中農(nóng)業(yè)大學(xué) （2004年） [7] 和中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 （1991—2006年） [8] 也進(jìn)行了抗病轉(zhuǎn)基因番木瓜的研究，但這些轉(zhuǎn)基因抗病品系均停留在實(shí)驗(yàn)摸索階段或安全性評(píng)價(jià)試驗(yàn)階段，未能投向市場(chǎng)。
啥？都沒(méi)有成功嗎？別急，轉(zhuǎn)機(jī)馬上就到。
2006年，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)李華平教授等人研究的轉(zhuǎn)“番木瓜環(huán)斑病毒復(fù)制酶基因”番木瓜“華農(nóng)1號(hào)”通過(guò)國(guó)家安全性評(píng)價(jià)試驗(yàn) 。該品種表現(xiàn)出了高抗番木瓜環(huán)斑病毒的性狀，得到了安委會(huì)的批準(zhǔn)可以進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。從此，高抗番木瓜環(huán)斑病毒的轉(zhuǎn)基因番木瓜也出現(xiàn)在了咱們的市場(chǎng)上。
我國(guó)飽受病毒折磨的番木瓜可算是得救了?！叭A農(nóng)1號(hào)”就這么輕松地蹦出來(lái)成了拯救者？No~no~no~其實(shí)，轉(zhuǎn)基因食品從研發(fā)到可以購(gòu)買(mǎi)食用，過(guò)程漫長(zhǎng)且艱難。
（發(fā)病番木瓜植株（左）和“華農(nóng)1號(hào)”植株（右）| 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物病毒研究室番木瓜團(tuán)隊(duì)提供）
“華農(nóng)1號(hào)”的辛路歷程
1991年，李華平教授的老師范懷忠教授終于摸清了在我國(guó)華南地區(qū)肆虐的病毒的具體株系。經(jīng)過(guò)師徒兩代共同的努力，1998年終于成功獲得了轉(zhuǎn)基因番木瓜。
試驗(yàn)成功只是完成了革命的第一步，畢竟轉(zhuǎn)基因番木瓜的最終歸宿是被人們吃進(jìn)肚子里，在食品安全上還有千山萬(wàn)水等著科學(xué)家去跋涉。為了保證食用安全， 任何一種轉(zhuǎn)基因食物，都需要通過(guò)我國(guó)完善精密的檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行定性、定量的安全性評(píng)價(jià) ，要保障轉(zhuǎn)基因物種不僅不會(huì)危害人類(lèi)，還不會(huì)“打擾”自然界其他物種。
‘華農(nóng)1號(hào)’的研究團(tuán)隊(duì)在1998年試驗(yàn)成功后，就開(kāi)始申報(bào)安全性測(cè)試。2000年，獲準(zhǔn)進(jìn)行‘華農(nóng)1號(hào)’ 中間試驗(yàn) ，即小面積試驗(yàn)種植，主要檢測(cè)其抗病毒能力和果實(shí)毒性等。2001年，獲準(zhǔn)進(jìn)行 環(huán)境釋放 ，即規(guī)模較大的試驗(yàn)種植，主要檢測(cè)轉(zhuǎn)基因番木瓜在自然界中會(huì)不會(huì)長(zhǎng)著長(zhǎng)著就變了 （如顏色和味道） ，以及是否對(duì)其他動(dòng)植物有影響，等。2005年獲準(zhǔn)進(jìn)行 生產(chǎn)性試驗(yàn) ，即大規(guī)模試驗(yàn)種植，綜合評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因番木瓜的抗病效果及果實(shí)品質(zhì)。
經(jīng)歷了6年的安全性評(píng)價(jià)試驗(yàn)，“華農(nóng)1號(hào)”取得結(jié)果如下：
|| ||
一句話(huà)概括，此瓜安全！小伙伴們放心吃！
（“華農(nóng)1號(hào)”安全證書(shū)及其果實(shí)形態(tài) | scau.edu.cn）
目前，市場(chǎng)上轉(zhuǎn)基因番木瓜 占90%以上 。喜歡吃番木瓜的朋友應(yīng)該都吃過(guò)。
由于轉(zhuǎn)基因番木瓜的種植戶(hù)和銷(xiāo)售較為零散，在進(jìn)行轉(zhuǎn)基因標(biāo)識(shí)上存在困難，所以《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物標(biāo)識(shí)管理辦法》未將番木瓜列入目錄，也因此很多人并不知道自己吃過(guò)轉(zhuǎn)基因番木瓜。
知道了仍可以放心吃~在研究團(tuán)隊(duì)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中，未曾發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因番木瓜的種植對(duì)環(huán)境和食品安全性產(chǎn)生不良影響 [5] 。
神奇的外源基因
接下來(lái)讓我們?cè)偕钊氲亓私庖幌隆叭A農(nóng)1號(hào)”吧，它究竟有什么神力，可以制服肆虐了幾十年的病毒。那段叫“番木瓜環(huán)斑病毒復(fù)制酶基因”的外源基因又是什么呢？
（真相只有一個(gè) | 《名偵探柯南》劇照）
真相時(shí)刻 （自帶BGM） ：答案是 基因沉默機(jī)制 。
早在1928年科學(xué)家就觀測(cè)到， 給植物接種弱毒性病毒，可以使植株獲得相關(guān)病毒的抗性 。聽(tīng)上去是不是有些耳熟？像不像給人類(lèi)接種牛痘來(lái)預(yù)防天花？
雖然，植物不像有脊椎動(dòng)物擁有免疫系統(tǒng)，可以對(duì)抗病毒入侵，但是也有屬于自己的抗病毒機(jī)制，這就是“基因沉默機(jī)制”。當(dāng)弱毒性病毒的遺傳物質(zhì) （RNA） 入侵植物細(xì)胞之后，植物的“抗病毒”蛋白質(zhì)會(huì)與弱性病毒的RNA結(jié)合 [11] ，如果植物體內(nèi)再遇見(jiàn)相似的病毒RNA，就會(huì)誘導(dǎo)對(duì)其切割，損毀入侵的RNA，從而達(dá)到“免疫效果”。
針對(duì)番木瓜環(huán)斑病毒 （PRSV） ，“華農(nóng)1號(hào)”的研究團(tuán)隊(duì)選擇 對(duì)PRSV最重要的 “番木瓜環(huán)斑病毒復(fù)制酶基因”下手 。病毒繁殖不需要懷胎十月，只需復(fù)制自己的遺傳物質(zhì) （RNA） 再加一個(gè)蛋白質(zhì)外殼就ok了，這個(gè)過(guò)程就需要“ 番木瓜環(huán)斑病毒復(fù)制酶基因 ”，沒(méi)有了這個(gè)復(fù)制酶，病毒將無(wú)法復(fù)制遺傳物質(zhì)，更不用說(shuō)進(jìn)一步傳播了。
研究人員機(jī)智地利用了植物的“基因沉默機(jī)制”，將“番木瓜環(huán)斑病毒復(fù)制酶基因”植入，讓這段基因在番木瓜體內(nèi)正常表達(dá)。當(dāng)植株遭受PRSV的入侵，“番木瓜環(huán)斑病毒復(fù)制酶基因”將會(huì)與相似片段結(jié)合，并損毀這段基因，導(dǎo)致PRSV無(wú)法自我復(fù)制，番木瓜因此就對(duì)PRSV“免疫”了 [12] 。
了解了機(jī)理后，不難發(fā)現(xiàn)，其實(shí)轉(zhuǎn)基因番木瓜在抗擊過(guò)病毒之后，其 體內(nèi)轉(zhuǎn)入的那段外源基因就會(huì)降解 ，所以轉(zhuǎn)基因果實(shí)和非轉(zhuǎn)基因果實(shí)幾乎無(wú)差異。因此，在食用的過(guò)程中，無(wú)需有太多顧慮。
至此，番木瓜家族 “滅門(mén)”事件已經(jīng)告一段落了，是科技的進(jìn)步結(jié)束了這場(chǎng)“瘟疫”，拯救了一個(gè)家族。我們回望歷史長(zhǎng)河，會(huì)發(fā)現(xiàn) 科技前進(jìn)的每一小步，都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)和反復(fù)驗(yàn)證的結(jié)果，經(jīng)得住考驗(yàn) ?？萍紝?duì)生活的改變有時(shí)悄無(wú)聲息，也許需要我們慢慢地思考和適應(yīng)。
吃貨朋友們，還知不知道其他被病毒逼入絕境的食物呢？
作者名片
作者：韓李菲
編輯：范可鑫 凝音 張馨木
排版：雷穎
題圖來(lái)源：pixabay
參考資料：
[1] https://cmdp.ncc-cma.net/cn/index.htm
[2] Jensen D D. Papaya virus diseases with special reference to papaya ringspot[J]. Phytopathology, 1949, 39：191-211.
[3] Jensen D D, Papaya ringspot virus and its insect vector relationships[J]. Phytopathology, 1949, 39：212-220.
[4] Gonsalves D, Ishii M. Purification and serology of Papaya ringspot virus[J]. Phytopathology, 1980, 70：1028.
[5] 李華平. 轉(zhuǎn)基因番木瓜[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社.
[6] 葉長(zhǎng)明，魏祥東，陳東紅，等. 轉(zhuǎn)基因番木瓜的抗病性及分子鑒定[J]. 遺傳，2003，2：181-184.
[7] Jiang L, Maoka T, Komori S, et al. An efficient method for sonication assisted agrobacterium-mediated transformation of coat protein（cp）coding genes into papaya（Carica papaya L.）[J]. 實(shí)驗(yàn)生物學(xué)報(bào)，2004，3：189-198.
[8] 周鵬，鄭學(xué)勤. PRSV-CP轉(zhuǎn)基因番木瓜表達(dá)與抗病能力關(guān)系的研究[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，1996，2：77-83.
[9] 李華平，張曙光，饒雪琴等. 抗病毒轉(zhuǎn)基因番木瓜華農(nóng)1號(hào)的安全性評(píng)價(jià)[C]//中國(guó)植物病理學(xué)會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2017.
[10] WINGAＲD SA． Hosts and symptoms of ring spot，a virus disease of plants［J］． Journal of Agricultural Ｒesearch，1928，37 ( 3 ) :127-153．
[11] 肖湘君,肖義軍.植物抗病毒機(jī)制與轉(zhuǎn)基因番木瓜[J].生物學(xué)教學(xué),2019,44(06):7-9.
[12] 阮小蕾，王加峰，李華平. VIGS介導(dǎo)的轉(zhuǎn)復(fù)制酶基因番木瓜對(duì)PRSV的抗性[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，4：411-422.
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