華裔生物學家李義教授和他的“外源基因去除”技術
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本報駐聯合國記者卞晨光
人物檔案
李義，壹九八二年畢業於北京林業大學，壹九八三年赴美留學，獲紐約州立大學博士學位。現為美國康涅狄格大學教授，新英格蘭地區入侵植物研究中心主任和首席科學家，康涅狄格大學轉基因植物中心主任。他創建了可使轉基因作物安全無害、可讓轉基因食品放心食用的“外源基因去除(Gene-Deletor)”技術。
潛力巨大
轉基因作物可提高農作物產量，減少除草劑、殺蟲劑等農藥的使用量，並節省大量勞動力，因而給人類帶來了巨大的經濟和社會效益。根據農業生物技術應用國際服務組織（ISAAA）發布的年度報告，2006年，全球轉基因作物的種植面積猛增了1200萬公頃，首次突破了1億公頃大關。從1996年到2006年的10年間，轉基因作物的種植面積已經增長了60倍。ISAAA主席詹姆斯估計，在今後10年的商業化過程中，轉基因作物種植範圍還會進壹步擴大，到2025年將有40多個國家的2000多萬農戶種植2億公頃的轉基因作物。
困擾重重
盡管轉基因作物在解決全球饑餓問題和保障農業的可持續發展方面發揮著舉足輕重的作用，並可通過轉基因能源植物為緩解世界能源危機作出巨大貢獻，但因其可使轉基因植物的外源基因通過花粉和種子等途徑在種群之間擴散，有可能產生“超級雜草”，或使其他植物的性狀產生意外的改變，進而給人類生態環境和生物多樣性帶來危害。同時，轉基因作物和以此為原料制造的轉基因食品對人體的影響尚未有定論，在世界各地，尤其是歐洲和日本等地，人們對轉基因植物安全性問題的爭論和擔憂已經影響到了轉基因植物商業化的推廣和應用。
為了擺脫轉基因技術在推廣和應用中的諸多煩惱，科學家們付出了很多的努力，進行了多次嘗試。例如曾先後利用轉基因植物花粉不育技術、無籽技術和葉綠體轉基因技術來控制轉基因植物的安全性問題，但因這些技術都不能從根本上解決外源基因的擴散問題，還是無法令公眾徹底解除對轉基因植物和轉基因食品的戒心。
柳暗花明
今年2月初，李義教授在維也納召開的國際轉基因植物大會上作完“外源基因去除”技術的學術報告後，在場的科學家們頓覺眼前壹亮，馬上意識到轉基因植物的安全性問題終於有了絕佳的解決方案，轉基因技術由此便可步入新的發展階段。著名植物分子生物學家、轉基因植物領域的開創者、美國國家科學院院士奇爾頓的第壹個反應就是，“妳的‘外源基因去除’技術是否申請了專利？我們是否可以使用？”2月底文章在《植物生物技術》雜誌上發表後，立即引起了世界範圍內的廣泛關註。多種文字的報刊雜誌和國際上重要的互聯網站紛紛予以報道。國際植物遺傳資源研究院（意大利）的切爾夫斯博士撰文評論說：“外源基因去除”技術對解決由轉基因植物導致的環境和食品安全性等問題具有不可估量的影響。比利時生物技術專家蓋普瑞指出，李義教授的技術在消除人們對轉基因植物的各種擔憂方面具有極其重要的意義。美國羅德島大學細胞與分子生物學教授考琦教授認為，李義教授新開發的技術是對轉基因植物領域的卓越貢獻，對轉基因的能源和生物反應器植物的商業化尤為重要。國際農業研究中心主席、法國科學家皮諾利博士認為，“外源基因去除”技術是轉基因生物體誕生20多年來最重要的事件之壹，是生物技術領域內的壹場真正的革命。
“外源基因去除”技術的要點之壹是在目標植物中加入了受DNA調空片段啟動子控制的特殊基因，該基因在啟動子的作用下，可根據科學家的意願，在需要的時間和部位將外源基因和自身從轉基因植物中切掉，從而使轉基因作物的花粉、種子、果實不再含有外來基因，或將外來基因從人們所需食用的部分（如植物的莖、葉、塊莖）徹底清除掉，達到用轉基因作物生產出非轉基因食品的目的，從根本上解決了長期困擾人們的轉基因植物基因擴散問題和轉基因食品的安全性問題。
爭論告停
“外源基因去除”技術的論文剛壹發表，奧地利植物分子生物學家索沃赫便撰文指出，李義教授的技術可為人們多年來就著名的“終結者”（terminator）種子技術的爭論畫上壹個句號。所謂“終結者”種子技術就是在植物中引入種子致死基因，使種子不能正常發芽和生長，從而可以解決外源基因飄移問題。但在不發達國家，農民往往習慣於播種自己收獲的種子。如果農民種植“終結者”種子後，因收獲的種子與普通種子外觀相同，無法分辨，通過出售或交換，其他農民將會繼續使用這些種子，其後果自然是顆粒無收。這對發展中國家的農民來講，無疑是滅頂之災。因此，該技術剛壹推出便飽受批評，而擁有該技術的美國孟山都公司也受到激烈抨擊。在強大的壓力下，1999年10月，擁有該技術的孟山都公司不得不宣布永遠不使用“終結者”種子技術。正如切爾夫斯博士指出的，“外源基因去除”技術不僅具備了“終結者”種子技術的優點，而且解決了“終結者”種子技術所無法解決的轉基因食品的安全性問題，並克服了“終結者”種子技術本身存在的重大缺陷。因為即使農民使用自己收獲的種子進行播種，種子也會正常生長，只不過這樣的種子沒有了外源基因的性狀，但農民仍然可以獲得普通作物的收成。
事出有因
說起來，李義教授當初之所以對轉基因植物的安全性問題產生了濃厚的興趣，還與他10年前的壹項轉基因植物專利有關。1996年，當時尚在堪薩斯州立大學生物系工作的李義教授帶領他的實驗室用生長素合成基因構建了廣譜性的無籽瓜果基因，並獲得了專利。由於無籽果實技術不僅能提高瓜果的品質，還可克服因授粉不良而導致的減產，從而實現瓜果類蔬菜的高產、穩產，因此，李義教授的無籽基因專利在西紅柿、西瓜、黃瓜和青椒上的使用權立即被歐洲壹家世界性大公司買斷。然而，兩年後那家公司卻終止了合同，原因是，歐洲等地的很多消費者不接受轉基因食品。而在美國，壹種轉基因植物為通過安全性審查所需的實驗費用竟高達幾千萬美元，通常任何單壹的瓜果類品種產值都不太高，所以沒有哪家公司願意投資除玉米、大豆、棉花、油菜等主要農作物以外的任何產值較低的轉基因作物。正是由於這些原因，包括無籽瓜果技術在內的許多先進轉基因技術都未能在生產上得到應用。由此，李義教授便開始構思，希望找到壹種方法，使外源基因(如抗蟲、抗逆、抗病、高產、無籽基因等)發揮完作用後，再將它們徹底清除，得到非轉基因的產品。於是，在1999年他申請了壹個關於“外源基因去除”技術的課題，獨特的構想、新穎的設計和廣闊的應用前景使該課題獲得了康涅狄格州改革創新項目的全額資助。
華人貢獻
要將設想變為現實，需要攻克許多技術難關，其中最重要的壹點就是要使去除效率達到近乎100%，否則無法在大田裏使用。當時還是李義教授的博士研究生段暉（畢業於蘭州大學）為大幅提高去除效率做了艱苦的探索和大量試驗。段暉的工作不但為提高去除效率奠定了堅實的基礎，而且為“外源基因去除”的成功開發做出了極其重要的貢獻。2002年，正當試驗取得了初步結果的時候，著名學術刊物《自然生物技術》發表了如何控制轉基因作物外源基因汙染的分子策略的文章，文中提到的分子策略與李義教授三年前的設想不謀而合。中美聯合培養博士研究生羅克明和實驗室的其他科學家利用煙草植物證實了新穎重組酶識別位點確實可以大幅度地提高去除效率。他的實驗證明，在3萬多株轉基因後代煙草植株中，外源基因去除效率達到了100%。羅克明和趙德剛博士（來自貴州大學）的實驗結果為“外源基因去除”技術的論文提供了最基本、最重要的數據。中美聯合培養博士研究生鄭雪蓮和鄧偉在康涅狄格大學參與了課題後期的工作，也為課題的順利完成做出了重要的貢獻。其中，鄧偉和羅克明還在西南大學完成了部分輔助試驗。此外，陳永勤博士（來自湖北大學）、蔣湘寧博士（來自北京林業大學）和裴炎博士（西南大學教授，羅克明、鄭雪蓮和鄧偉的中方博士生導師）等亦先後參與了課題研究並做出了較大的貢獻。所以說，盡管“外源基因去除”技術誕生在美國，但實為華人科學家的傑作。
談到將來的打算，李義教授表示，希望將能與中國的科學家通力合作，進壹步地完善“外源基因去除”技術，並將該技術在多個領域內推廣應用，使中國受益，使百姓受惠