【摘要】中国第一种具有极大强化水平植酸酶的转基因玉米，由位于北京的中国农业科学院生物技术研究所范云六院士及其团队于2008年研制[1]。2009年，它获得了农业部颁发的“生物安全证书”，有效期5年，2014年8月到期时未能更新[2];似乎对外界来讲，考虑到广大消费者强烈反对，中国已经放弃了转基因稻米与转基因玉米。然而，2015年初，总部设在北京生命科学园的北京奥瑞金种业股份有限公司宣布其转基因植酸酶玉米的“生物安全证书”获得了更新[3]。中国的“使磷可获得”高植酸酶转基因玉米，在没有必要分子特征与支持性安全数据情况下，再次获得了“生物安全证书”;这是一个为克服磷稀缺的差劣战略，而且对健康与环境造成潜在的严重损害。
中国的“使磷可获得”高植酸酶转基因玉米，在没有必要分子特征与支持性安全数据情况下，再次获得了“生物安全证书”;这是一个为克服磷稀缺的差劣战略，而且对健康与环境造成潜在的严重损害。
【《人民食物主权》翻译志愿者团队译，欢迎相关专业学者指正翻译中可能存在的问题。】
再次颁发“生物安全证书”是商业化释放的信号
中国第一种具有极大强化水平植酸酶的转基因玉米，由位于北京的中国农业科学院生物技术研究所范云六院士及其团队于2008年研制[1]。2009年，它获得了农业部颁发的“生物安全证书”，有效期5年，2014年8月到期时未能更新[2];似乎对外界来讲，考虑到广大消费者强烈反对，中国已经放弃了转基因稻米与转基因玉米。然而，2015年初，总部设在北京生命科学园的北京奥瑞金种业股份有限公司宣布其转基因植酸酶玉米的“生物安全证书”获得了更新[3]。
北京奥瑞金种业股份有限公司自我介绍[4]为“中国领先的农业生物技术公司，专注于农作物良种繁育与遗传改良、种子生产、加工、分配及相关技术服务。作为中国首家具有内部生物技术研究中心的种子公司，奥瑞金引领了转基因技术的发展。”
除了原先的转基因植酸酶玉米，奥瑞金还将植酸酶性状引入到他们最畅销的两种商业化玉米杂交品种中;这两种玉米杂交品种的商业化正等待中国政府的批准。他们还改造了除草剂抗性、抗虫与耐旱基因转入玉米自交系。然而，公司的介绍包括许多传统育种品种并且使用标记辅助育种来改进玉米与稻米品种。
为什么转基因植酸酶玉米？
植酸酶是一种分解植酸的酶(图1)，有一个磷酸肌醇(碳水化合物)与6组磷酸，也称之为肌醇六磷酸酯[5]。
图1、植酸(也称为肌醇六磷酸酯)
在种子中，植酸作为混合盐沉积在蛋白质储存空泡内。除了封存无机磷酸盐，它还结合二价阳离子，如Fe2+、Mn2+、Mg2+、Zn2+与Ca2+。早期的研究认为植酸是一种抗营养物，因为它妨碍无机磷酸盐以及植酸螯合的矿物质的利用。转基因植酸酶玉米的支持者们说谷物中植酸成分的减少有益于人类健康[6]。在发展中世界，如果饮食差缺少矿物质，谷物高水平植酸能够导致铁与锌缺乏症。在发达世界，谷物低水平植酸在营养与环境方面对养殖业有益。虽然反刍动物肠道通常有消化分解肌醇六磷酸酯的微生物，单胃动物如猪、家禽和鱼类则不是这样。它们的粪便含高水平植酸磷，无法被农作物吸收反而污染水导致富营养化。农民不得不向动物饲料补充磷酸矿物质，一种越来越稀缺的不可再生资源(参看[7] 磷饥饿威胁世界，SiS61)，或者添加自细菌分离出的植酸酶，使谷物消化后释放出磷酸盐。
上世纪90年初，几个低植酸(lpa)突变体在玉米、大麦、大米、小麦、大豆以及拟南芥中([6]中对此进行了审视)被分离。低植酸(lpa)用的植物纯合子典型产生植酸降低了50%-95%的种子，而且其中可获得的磷几乎总是对应增加。动物喂养研究确认低植酸(lpa)种子提供更多可获得的磷并减少动物排泄物中的磷。
突变性作物中系统性减少植酸水平的问题，是这样做往往对种子与农作物性能造成负面影响，如降低萌发、出芽率、压力抗性和种子饱满。转基因提供了某种更有针对性的方法，干扰种子中的植酸蓄积而不减少种子干重量或损伤其萌发。
中国的转基因植酸玉米
范云六及其同事们使用由玉米胚胎特定球蛋白-1启动子驱动的构造，从种子中的木耳黑曲霉菌中创造了表达高水平植酸酶基因(phy A2)的转基因玉米[1]。这限制了植酸蓄积对种子的干扰而不影响作物其他的重要功能。
来自黑曲霉菌株963的植酸酶(phy A2)基因为胞外分泌物编码57个氨基酸使信号肽在N末端。酵母表达重组植酸酶(phy A2)缺乏信号肽，并保持在细胞内。它对植酸具有较高的特定活动性，在PH 1.6-2.0与5.5-5.9最佳。特定活动性在pH 1.8为pH 5.8处的77%。在pH 3.0 -- 动物消化道的平均pH水平 --植酸酶(phy A2)保留着40%的活动性。广泛使用的植酸酶 (phy A)在pH水平3.0只有25%的活动性。植酸酶(phyA2)在中国作为商业化饲料添加物销售。
两个载体与玉米胚胎球蛋白-1启动子与用于黑曲霉菌植酸基因的终止子一起构建在一起。其中一个有来自大麦淀粉酶基因的信号肽序列。此外， 携带玉米蛋白H2B、玉米泛素5’UTR基因内区-1、bar基因(提供草铵膦除草剂抗性)以及马铃薯蛋白酶II终止子的质粒被用作可选标记。
限制性酶被用来改造植酸酶的表达盒，bar基因表达盒同样如此。改造由携带表达盒的钨微粒子弹执行。
因此，转基因植酸酶玉米不是通过于基因组一个选择的位置准确插入一个基因创造的;而是通过射入两种不同基因表达盒的混合微粒子弹实现的，一个用于插入植酸酶表达，另一个用于插入选择性标记物，各自通过连结数种不同的序列进行，期望两个基因表达盒能够以某种方式落到基因组某处。换句话讲，对于外源DNA序列以什么方式落到基因组何处没有控制;此外，插入外源基因的过程对基因组造成许多附带损害。所有这些都对其生物安全性造成不可预测的影响。
Basta(德国拜尔公司产品)涂抹剂被用于叶画法来鉴定于五叶阶段携带bar基因的被改造植株。
在总共获得的40个独立的转基因植株中，33个没有信号肽序列，而7个有信号肽序列。所有的植株都产生了T1种子。T1种子通过将T0种子与一种非转基因品种杂交生产。植酸酶活动性通过使用5种随意选择的种子来确定。基于T1种子中的植酸酶活动，选择的植株在温室中种植并自花传粉产生T2种子。两个植株被进一步繁殖产生T4和T5种子。农田中的萌发频率范围为75%到88%，而在温室中为80%到92%，表型上的同品种野生型植物(低植酸酶活动性)的表现类似。T2隔离与bar基因单个位点(位置)孟德尔遗传性相符(但不能证实)，而且PCR分析表明20个作物中有16个显示phyA2基因。
采用南方墨点分析来估计被选择的植株中转基因复制的数量，并解释为拥有转基因的两个副本。酵母中表达的phyA2蛋白质已糖基化(添加了碳水化合物链)，分子量大约~75 kD;脱糖基化时，蛋白具有分子量~55 kD。转基因植酸酶phyA2蛋白分子量为~60 kD，表明表明其糖基化与酵母蛋白质不同。对T4种子进行了植酸酶活动性分析，表明平均为2,200U/公斤，为野生型对照作物的约50倍。野生型对照作物种子植酸~3.3mg/g，在转基因种子中减少到2.39-2.66 mg/g。野生型对照作物种子中的Pi(无机磷酸盐)含量为~0.12 mg/g，在转基因植酸酶作物中提高到0.41-0.56 mg/g。也就是说，植酸下降了23%，而无机磷酸盐增加了3倍。
转基因植酸酶玉米缺乏分子特性方面安全性
描述转基因植酸酶玉米的创造的论文于2007年8月被接受，2008年发表。到2009年，创造的转基因植酸酶玉米中有一种获得了“生物安全证书”。
然而，论文中没有提供转基因植酸酶玉米与同基因组父母辈品种相比较的分子特征、基因序列、核酸映射分析、蛋白质，或代谢物比较。在这些方法已经成为例行方法并且已经一般性认为转基因导致RNA转录（包括具有自然监管功能的无数小RNA）、蛋白与代谢物不可控制的、不可预测的变化（参看[8]）的情况下，这是不能被接受的。尽管与酵母酶中的相比，转基因种子的糖基化看起来不同，对此没有进行进一步的分析，也没有对潜在过敏性进行体内、体外，或硅片的测试。有证据表明，转基因蛋白中糖基化的改变会对原本无害的蛋白造成严重的免疫性反应[9]。对于农田中种植的一代又一代转基因作物中被插入的转基因的稳定性没有任何分子遗传数据记录。这是最重要的，因为遗传学不稳定性将使已经进行的所有安全测试全部失效（参看[8]）。T2隔离[1]中与孟德尔比率的一致性，是推断单个位点的唯一观察。这不仅是对单个位点孱弱的测试；在缺乏分子表征记录情况下，它不能够作为遗传稳定性的证据。
对健康与环境性影响短期的有限的研究
对转基因植酸酶玉米对于健康与环境性影响仅有短期的非常有限的研究。
对50周大的孵蛋母鸡进行了一项为期16周的喂养试验，饲料中配62.4%的转基因植酸酶玉米，与配同样比例传统非转基因玉米对照组进行比较，没有发现器官重量对体重比的差别，也没有发现血清生物化学指标数量、或者干物质消化能力、能量、氮或钙出现变化[10]。在其胸脯肌肉、腿肌肉、卵巢、输卵管和蛋中，PCR(聚合酶链式反应)没有检测到玉米特定的玉米转化酶基因(IVR)或者转基因(phyA2)。但是对使用的方法检测的局限没有提供信息。检测中发现的唯一差别是磷的消化能力：喂养转基因玉米母鸡为58.03%，对照喂养传统玉米的为47.42%。论文介绍的观察结果没有包括母鸡的体重、孵蛋数量、或表明健康的其他指标。此外，成年老母鸡并不是用于检测饲料中转基因高植酸酶玉米造成不利反应的最好实验动物。
在另外一个持续12周喂养试验中，44周孵蛋老母鸡被用来测试它们使用植酸的能力，食用饲料中磷酸盐部分由转基因植酸酶提供(360个单位/kg饲料，等同于饲料中仅含1.7%转基因植酸酶玉米)并结合非肌醇六磷酸磷酸盐(NPP，0.26 %、0.21 %或0.16 %)，与仅喂养0.26 % NPP(非肌醇六磷酸磷酸盐) 或0.36 % NPP(非肌醇六磷酸磷酸盐)的老母鸡进行比较[11]。不令人惊奇，与对照组相比，处理组在孵蛋、平均饲料日摄入量、饲料效率、破损蛋率或软壳蛋生产或日产蛋量方面没有显著差别，唯一有差别的是，只喂0.36 % NPP(非肌醇六磷酸磷酸盐)老母鸡的粪便产生更多的磷酸盐。
对两个食草动物物种Otrinia furnacalis(玉米螟虫)和Helicoverpa armigera(棉铃虫)，都是玉米作物严重的害虫，进行试验，测试它们食用转基因植酸酶玉米粒与近同基因非转基因玉米粒相比较的存活情况[12]。结果显示，第一和第二龄龄幼虫在生存和持续时间没有差别，第三龄幼虫鲜重也没有差别。用玉米粉代替玉米粒喂食，得到同样的测试结果。
然而，另外一个团队研究者发现转基因植酸酶玉米显著增加玉米螟虫蛹的重量和雌性生育能力，而且，玉米螟虫在植酸酶玉米茎中的喂养隧道明显更长。此外，成年玉米象鼻虫体重及数量显著增加。结合来看，与非转基因玉米相比，转基因植酸酶玉米增加的害虫诱发了大约~8 %产量损失[13]。
进行了数次农田监控实验，但仅进行了一季这样的实验。没有发现或辨认出转基因植酸酶玉米对步行虫甲虫[14]，或节肢动物[15]，或土壤线虫的[16]生物多样性有任何显著的负面影响。
转基因高植酸酶作物战略的问题
如乔·康明斯教授在他的文章[7]中指出的那样，高植酸酶转基因作物“从长期上讲，并没有制备磷的能力，不能取代人类需要的这种营养。”它也不会从污染水道的废料与污水中重获丧失的磷。磷酸盐损耗的主要解决方法包括磷回收，例如从城市垃圾、动物骨头回收磷酸盐，还有通过长有能够从深层土壤提取磷酸根的长根绿肥进行回收。
高植酸酶低肌醇六磷酸酯谷物的健康影响
但是高植酸酶谷物还有潜在健康影响的其他问题。没有对任何动物进行过长期喂养高植酸酶作物的试验，并且没有对任何大型养殖动物进行过无论短期或长期的喂养高植酸酶谷物的试验。 对人类健康的潜在影响可能极大，考虑到，如低植酸转基因战略的一位支持者曾经承认的那样[6]：“植酸在真核生物中普遍存在，调节许多细胞功能，包括应激反应、发育、磷酸盐传感和体内平衡、DNA修复、RNA编辑与微小mRNA出口。”
此外，降低谷物的植酸成分对发展中世界人类健康以及发达世界畜牧业环境与动物健康可能有显著益处的提议[6、1](参看上文)遭到强烈争议。对这两种“有益处”说法的证据，如一位评论者说的那样，“在最好的情况下也是脆弱的”[17]。最近的研究表明，肌醇六磷酸所谓的“抗营养性”仅食用饮食摄入大量的肌醇六磷酸同时缺乏微量元素才可能发生。此外，对动物饲料添加柠檬酸显示可以增加可用的肌醇六磷酸-磷[18]。新罕布什尔州x哥伦比亚杂交的雄性小鸡和商业肉用鸡，从出生8日到22日喂以添加不同量的柠檬酸的普通玉米。柠檬酸发现能够提高磷的利用率、体重以及增益/进料比和骨灰(胫骨)。研究结果认为，3%到4%的柠檬酸可以释放或备用0.05%到0.1%的磷。柠檬酸作用的机理依然不清楚;研究的作者们猜测柠檬酸可以螯合钙防止形成不可溶解的钙肌醇六磷酸复合体。
事实上，肌醇六磷酸本身[17] 一直并可重复地证实与健康有关，包括广谱抗癌活动性[19]、增强自然杀手细胞活动性、以及防止形成肾结石与钙化。
