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原來我們一直在吃基改蕃薯?!

基改作物(Genetically modified organism,GMO)在過去這些年一直被追打,當然有一部份原因是因為生技公司硬推,堅持GMO是安全的,不需要額外的檢驗來確認其安全性等等;另一部份則是有些民眾與專家堅持GMO是「把細菌的基因放在植物裡」,是不自然的。

筆者認為基改作物還是需要審慎的檢驗,畢竟雖然天然的食物也有人對它過敏,但過敏的人有權利不去食用會產生過敏的食物,而食品中也都會列出這些可能的過敏原(如花生、核桃等)。以目前有些國家容許食品可不列出含有基改成分,其實是不安全也罔顧消費者的權利的。
農桿菌(Agrobacterium tumefaciens)。
圖片來源:wiki

但是細菌的基因出現在植物中,真的就不自然嗎?別忘了農桿菌(Agrobacterium tumefaciensAgrobacterium rhizogenes)本來就是植物的病原菌喔!

農桿菌平常生活在土壤中,當植物的表皮出現傷口時,農桿菌很容易便隨著風被帶到傷口,而後便開始感染、繁殖(過程可參考「農桿菌的不確定性」一文)。由於農桿菌的感染需要將自己質體上的一段基因(即T-DNA)插入到宿主的基因體中,而一旦插入便不會移出,這段DNA便永久地留在植物的基因體中了。

可能有讀者問,如果是這樣,為何過去沒有在植物中發現農桿菌的序列呢?

這是因為,農桿菌感染的只是一小部分植物的細胞,而這些細胞是「體細胞」,所以不會遺傳下來。現代生物科技製作基改作物,雖然也是感染體細胞,但接下來的篩選卻會將不帶有農桿菌基因的體細胞給去掉。

怎麼去掉的呢?原來科學家們為了方便篩選,在轉殖基因中加入了抗生素耐受性標籤(ARM,antibiotics resistant marker)。因此,在轉殖完成後,接下來只要把植物組織放在有抗生素的培養基上培養,便可以殺死沒有接受到轉殖基因的植物細胞了!

當然,在自然界,當農桿菌感染植物時,並不會帶有ARM基因。所以,我們只能以植物是否長瘤來做為辨別這株植物是否受到農桿菌感染;因為農桿菌插入植物的T-DNA中含有可以製造更多的生長素(auxin,包括吲哚乙酸等)以及細胞分裂素(cytokinin),使得帶有T-DNA的植物細胞可以加速分裂增生。當局部的植物細胞分裂速度比其他細胞要快得多結果當然就是長瘤囉!而T-DNA還帶有合成農桿菌的食物的基因,所以這些植物的瘤其實就是農桿菌的殖民地,農桿菌在此建立農場,生產他們需要的食物、繁衍子孫呢!

不過,如果植物在被農桿菌感染後,在某個時間點農桿菌消失了(不要問我怎麼消失的),而所有的細胞還是都帶有T-DNA,因為大家都長得一樣快,所以就不會看到長瘤的現象囉!

講了這麼多,其實是因為最近華盛頓大學(University of Washington, Seattle)在進行蕃薯(Ipomoea batatas)的RNA定序時發現了一些與農桿菌非常相似的序列。接著他們便進行基因體的定序,結果發現了更多農桿菌的基因:包括了合成生長素的酵素基因等等。

而後續的實驗也證明了這些農桿菌的基因確實是位於蕃薯上,而且也有表現出來。這些農桿菌基因分成兩段,其中第一段在研究團隊偵測的291個蕃薯的栽培種中都可以找到,但在野生種中沒有發現;第二段則分佈得較不廣泛,在217個蕃薯品種(包括栽培種與野生種)中,只有45個找到。

這些好吃的蕃薯,原來也都是「基改」作物?
圖片來源:農委會

為什麼第一段農桿菌基因不出現在野生種中呢?筆者認為,由於第一段農桿菌基因中包括了製作生長素的酵素基因,這可能會使蕃薯長得很快,但是在野地裡因為土壤的養分不可能一直都很充足,長得快當然也意味著需要更多養分,這可能會使得這些蕃薯在自然界反而競爭不過他們長得慢一點的兄弟們。但是長得快卻是人類喜歡的特點,於是就在選種中被特意地留下來了。第二段農桿菌基因可能因為與生長速度無關,但也與蕃薯本身的生存競爭力無關,所以雖然還存在於野生種與栽培種中但分佈的並不十分廣泛。

基改作物的定義是什麼?如果以「帶有農桿菌序列」來做為標準,那麼我們已經吃天然基改蕃薯數千年(臺灣大約在明清時接觸到蕃薯,所以應該是五六百年);而這些蕃薯因為帶有農桿菌的基因,所以長得特別快,也受到人類的喜愛而在選種的過程中被保留了下來。

筆者無意為基改作物辯解,也不是基改作物的擁護者;只是覺得這個例子可以讓我們再思考一下。在漫長的人類演化過程中,我們一直在嘗試新的事物/食物;有些對大部分的人都有害,有些則對大部分的人有好處。在二十一世紀,每天都有新事物被發明出來的時刻,我們除了立法規範外,是否應該用較為開放的心胸去評斷這些新事物呢?

參考文獻:

Tina Kyndt, Dora Quispe, Hong Zhai, Robert Jarret, Marc Ghislain, Qingchang Liu, Godelieve Gheysen, and Jan F. Kreuze. 2015. The genome of cultivated sweet potato contains Agrobacterium T-DNAs with expressed genes: An example of a naturally transgenic food crop. PNAS. published ahead of print, doi:10.1073/pnas.1419685112

留言

  1. 原來如此
    但格主知道基改對於人體的影響嗎
    還有 目前似乎確定的是造成環境汙染 例如帶有抗雜草基因的植物卻讓雜草進化 需要使用更高劑量的除草劑

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  4. 「基改」跟「天然雜交後再人為選擇」是兩碼子事,怎可混為一談。一個是只改變基因片段,一個是由自然界自己雜交產生(所以不會只有幾個基因片段被改變,是一整套),居然可以把它當作是同一類事......

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    1. 最早在番薯裡面的農桿菌的片段,絕對是農桿菌感染無疑。這個部分跟現代的基改在過程上沒有不同,只是農桿菌轉進去的是對自己有利的片段(表現植物賀爾蒙等等),而人類利用農桿菌轉入自己想要的片段。
      至於透過後續的傳統育種雜交讓番薯裡面的農桿菌基因變得更加普及的部分,並不在本文想要討論的範圍之列。我只是想要點出:人類往往會選取對自己有利的就喜歡它、不喜歡的就大加撻伐,如此而已。

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首先,我們來看一下氣候。陶淵明隱居的地點在潯陽柴桑,也就是現在的江西省九江市星子縣。當地是北緯29.44度,在北回歸線以北,屬於濕潤型亞熱帶氣候(2),1971-2000的年平均溫度為攝氏17.03度,每年四月就不再有攝氏零度以下的低溫(3)。雖然還是比臺灣偏北(台北市是北緯25.02度),大致上還是屬於溫和的氣候,植物的種類應該也不會相差太多。即使考慮近年來全球暖化的問題,應該也不會超過攝氏一度(4)。

在亞熱帶的台灣,夏天通常並不是植物茂盛生長的時期。為什麼呢?因為世界上90%的陸生植物是C3植物,這些植物在氣溫超過攝氏30度時,會因為光呼吸作用(photorespiration)造成水分的消耗大量上昇。C3植物(如大豆)在攝氏30度時,每抓一個二氧化碳分子就要消耗833個水(5),於是植物的生長速度就開始變慢。

不過,並不是所有的植物在夏天時生長速度都會變慢唷!有些植物,如玉米、甘蔗等,反而在夏天時長得特別好。為什麼呢?

原來玉米與甘蔗是所謂的C4植物,它們既耐熱又耐旱,跟C3植物比較起來,在攝氏30度時C4植物每抓一個二氧化碳的分子只消耗277個水(5),所以夏天的時候,它們的生長速度ㄧ點都不受影響呢!
說到這裡,讀者可能會想:什麼是C4植物?為什麼它們能夠既耐熱又耐旱呢?
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而C4植物則在卡爾文循環上面,又增加了幾個步驟,而且這幾個步驟還跟卡爾文循環在不同的組織中進行呢(如圖三)!為什麼會這樣呢?


原來,C4植物多半都生活在亞熱帶或熱帶,在這些氣候區,植物進行光合作用時,會遇到一個大問題。

這個問題來自於卡爾文循環的第…