說說轉基因植物“那點事兒”

設想，你要把一臺機器，從生產廠里運輸到需要這臺機器的工廠里，并讓它順利工作，要通過幾個步驟呢？

首先呢，我們要先把這臺機器生產出來，然后打包，裝到汽車上并運輸到目的工廠內，安裝機器，最后經過一系列調試，才能讓工廠使用這臺新機器進行新產品的生產。

和這一過程相似，生產轉基因植物，也需要上面一系列步驟。在一個典型的轉基因植物生產過程中，這些步驟分別稱為目的基因克隆、載體構建、轉化、重組，以及篩選

1. 基因克隆。

巧婦難為無米之炊，要生產轉基因植物，那么必須得有這個需要被轉的基因。這些基因的來源可是五花八門的，現在最廣泛使用的BT蛋白基因和抗草甘膦基因，就來自于兩種細菌。不過，托沃森和克里克的福，我們知道所有的細胞生物都共用一類遺傳物質：DNA。因此，細菌來源的基因，也可以在植物中起作用。

通過序列比對和分析，并加上如今豐富的基因組數據庫，我們可以很容易的找到和確定目標基因的序列。然后，利用最常用的PCR手段，就能將我們所需的基因片段，從原來的生物基因組中克隆出來。

2. 載體構建。

不過，光把基因這一段DNA克隆出來還不夠，我們要把它包裝一番。為什么要包裝呢？因為大家都知道，DNA分子是長線狀的，但是線狀的DNA分子末端比較容易發生降解。因此，我們把這一段目的基因，通過酶連接到一個特定質粒分子上，構成一個插入目的片段的新的質粒分子。這樣做有幾個好處，一來，質粒是環狀的，沒有游離的末端，因此可以穩定線狀的DNA分子，二來，質粒可以在大腸桿菌內隨著大腸桿菌的分裂而復制，從而可以方便的大量獲得含有目的基因的質粒分子。第三，質粒上還具有一些元件，可以讓目的片段更加容易的進入植物體內和表達。那么，為什么就能讓進入植物體內變得容易呢？來看第三點：

3. 轉化。

這一步，我們要請出一個重要的運輸員：農桿菌。農桿菌是一類土壤細菌。在它“從良”之前，它經常會侵染植物，讓侵染部位細胞大量分裂，形成小疙瘩，我們稱為“冠癭”。科學家們發現，農桿菌之所以會讓植物產生冠癭，是因為農桿菌能把它自身含有的一段DNA插入植物的基因組中。這段DNA上有編碼植物生長素合成所需的酶，以及合成細菌喜歡“吃”的化合物的酶。于是，科學家們利用生物工程手段改造了農桿菌這一區段DNA，保留了農桿菌將自身片段插入植物能力，但是去除了合成生長素和營養物質的基因，并且還加入了一些“裝載位點”，方便我們“裝貨”。

這段被改造的DNA，其實就是我們上面說到的特定的質粒分子。等目的基因被包裝好之后，就會把它轉入農桿菌體內，然后，攜帶有包裝好目的片段的農桿菌，就可以去侵染植物了。
由于植物具有厚厚的細胞壁，因此，人們一般選擇較為幼嫩的部位來讓農桿菌侵染，對于玉米，多使用花粉管來侵染，而對于大豆，則采用莖尖分生區來侵染。在侵染后，農桿菌這個勤勞的運輸員，就將攜帶（但不止含有）目的基因的DNA片段轉入植物體內，并整合到植物基因組上，來完成“運輸”和“安裝”過程。

除了農桿菌轉化外，還可以利用基因槍或電轉化法進行轉化

4. 篩選

不過，光讓農桿菌跑了一趟并不是萬事大吉了。我們還要解決一下幾個問題：農桿菌有沒有把貨運到？功能正常嗎？有的時候，我們還想更進一步知道這個“機器”安裝在“流水線上”的那個部位？這，就需要篩選了。

檢測“有沒有把貨送到”，這個在生物學上稱作轉化子篩選。通常，在那個特定的質粒上，還存在另一個基因，這個基因就是為了檢測“貨”有沒有真正送到的。當DNA片段插入植物基因組后，這個基因能夠產生一定的信號，告訴人們“貨已到位”。這個基因就是報告基因。通常使用的報告基因是一個編碼能夠分解抗生素的基因。當這個基因進入植物基因組后，植物組織就不再害怕培養基中添加的抗生素了，這樣，能在培養基上存活的，就都是“貨已到位”的植物組織了。這一方法十分便捷，因此在科研中很常用，第一代轉基因作物也大多采取這一策略。

不過，對抗抗生素畢竟會引起一些人對于抗生素抗性泛濫的擔憂。雖然轉基因植物對抗生素的抗性很難傳播（畢竟編碼的是一個蛋白，而編碼它的DNA和它本身很容易在環境中和人體消化道中被破壞），但是為了打消人們的憂慮，科學家們還研發了“非抗生素篩選體系”。例如，pmi篩選體系，就不用抗性基因而是使用一種磷酸甘露糖異構酶基因作為報告基因。這種名字很拗口的酶的存在，可以讓植物利用培養基中通常不能被利用的甘露糖作為碳的來源，這樣，“貨沒有到位”的植物細胞就會一直處于饑餓狀態，而DNA片段成功插入的植物組織則“白白胖胖”，很容易區分。此外，還能通過一些手段在抗生素篩選完成后，把抗性基因切掉。常用的Cre/Loxp系統，就能在篩選完成后準確的將抗性基因切除，從而也能生產出沒有抗性基因的轉基因植物。當然，隨著大規模測序技術的發展，我們也可以不用報告基因，而是直接依靠測序判斷目標基因是否插入，這就更沒有值得擔心的了（除了...小錢錢以外）。

在確定DNA片段已經插入植物基因組后，我們就可以將這些植物組織進行組織培養，由于植物細胞具有全能性，我們就能獲得完整的攜帶有目的基因的植株了。從定義上講，這些植物都已經可以算作“轉基因植物”了。但是，事情還沒有完全結束，這些“轉基因植物”還需要通過一個十分重要，但也經常被外行人忽略的檢測，那就是判斷目的基因是否正常表達。由于目的基因的性質十分多樣，因此，檢測的手段也是多樣的。例如，通過熱不對稱交錯PCR，我們可以確定目標基因在植物基因組上插入的位置、通過Real-time PCR以及western雜交檢測目標基因表達水平、甚至通過轉錄組和代謝組學技術分析植物基因組規模的表達以及產物變化的情況等等。但對于要生產目標是商業化種植的轉基因植物來說，原則就是，目標基因所具有的性狀一定要產生；同時，盡量不產生其他非目標的性狀；如果出現非目標性狀，那么也必須是無害的。通過以上檢驗最終獲得的成品，才是一株真正意義上的轉基因植物了。