stringtranslate.com

Генетически модифицированный рис

Растения риса используются для генетической модификации

Генетически модифицированный рис — это штаммы риса , которые были генетически модифицированы (также называемые генной инженерией ). Растения риса были модифицированы для увеличения содержания микроэлементов, таких как витамин А , ускорения фотосинтеза , устойчивости к гербицидам, сопротивления вредителям, увеличения размера зерна, выработки питательных веществ, ароматизаторов или производства человеческих белков. [1]

Естественное перемещение генов между видами, часто называемое горизонтальным переносом генов или латеральным переносом генов, может также происходить с рисом посредством переноса генов, опосредованного естественными векторами. Были выявлены трансгенные события между рисом и просом Setaria . [2] Выращивание и использование генетически модифицированных сортов риса остается спорным и не одобрено в некоторых странах.

История

В 2000 году первые два сорта ГМ-риса, оба с устойчивостью к гербицидам, названные LLRice60 и LLRice62, были одобрены в Соединенных Штатах. Позже эти и другие типы ГМ-риса, устойчивого к гербицидам, были одобрены в Канаде, Австралии, Мексике и Колумбии. Однако ни одно из этих одобрений не привело к коммерциализации. [3] Агентство Reuters сообщило в 2009 году, что Китай выдал одобрение биобезопасности ГМ-рису с устойчивостью к вредителям, [4] но этот штамм не был коммерциализирован. По состоянию на декабрь 2012 года ГМ-рис не был широко доступен для производства или потребления. [5] Исследования показывают, что, поскольку рис является основной культурой во всем мире, улучшения могут помочь сократить голод, недоедание и нищету. [6]

В 2018 году Канада и США одобрили выращивание генетически модифицированного золотого риса , а Министерство здравоохранения Канады и Управление по контролю за продуктами и лекарствами США объявили его безопасным для употребления в пищу. [7]

По данным Центра исследований и разработок солеустойчивого и щелочеустойчивого риса в Циндао, по состоянию на 2021 год в Китае было посажено 400 000 га (990 000 акров) солеустойчивого риса «морской воды» на почвах с содержанием соли до 4 граммов на килограмм, а средняя урожайность составила 8,8 тонны с гектара. [8]

Черты

Устойчивость к гербицидам

В 2000–2001 годах компания Monsanto исследовала добавление устойчивости к глифосату к рису, но не пыталась вывести сорт на рынок. [9] [10] Линия риса Bayer , устойчивого к гербицидам, известна как LibertyLink . [11] Рис LibertyLink устойчив к глюфосинату (активному химическому веществу в гербициде Liberty). [10] Компания Bayer CropScience пытается получить одобрение своего последнего сорта (LL62) для использования в ЕС. Штамм одобрен для использования в США, но не используется в больших масштабах. Рис Clearfield был выведен путем отбора из вариаций, созданных в средах, которые, как известно, вызывают ускоренные темпы мутаций. [12] Этот сорт переносит гербициды имидазола . [13] Он был выведен традиционными методами селекции, которые не считаются генной инженерией. [12] [13] Clearfield также скрещивают с более урожайными сортами для получения в целом более выносливого растения. [12]

Пищевая ценность

Золотой рис с более высокой концентрацией витамина А был первоначально создан Инго Потрикусом и его командой. Этот генетически модифицированный рис способен производить бета-каротин в эндосперме (зерне), который является предшественником витамина А. Syngenta участвовала в ранней разработке золотого риса и владела некоторой интеллектуальной собственностью [14] , которую она передала некоммерческим группам, включая Международный научно-исследовательский институт риса (IRRI), для разработки на некоммерческой основе. [15] Научные подробности о рисе были впервые опубликованы в журнале Science Magazine в 2000 году. [16]

Зерна золотого риса (справа) в сравнении с зернами обычного риса (слева)
Растения золотистого риса выращиваются в теплице

Всемирная организация здравоохранения заявила, что дефицит железа затрагивает 30% населения мира. Ученые-исследователи из Австралийского центра функциональной геномики растений (ACPFG) и IRRI работают над увеличением количества железа в рисе. [17] Они модифицировали три популяции риса, сверхэкспрессируя гены OsNAS1, OsNAS2 или OsNAS3. Исследовательская группа обнаружила, что уровни концентрации никотинамина , железа и цинка увеличились во всех трех популяциях по сравнению с контрольными группами. [18]

Устойчивость к вредителям

БТ-рис

Рис BT модифицирован для экспрессии гена cryIA(b) бактерии Bacillus thuringiensis . [19] Ген придает устойчивость к различным вредителям, включая рисового мотылька, посредством выработки эндотоксинов . Правительство Китая проводит полевые испытания сортов , устойчивых к насекомым . Преимущество риса BT заключается в том, что фермерам не нужно опрыскивать свои посевы пестицидами для борьбы с грибковыми, вирусными или бактериальными патогенами . Обычный рис опрыскивают три-четыре раза за вегетационный период для борьбы с вредителями. [20] Другие преимущества включают повышение урожайности и доходов от выращивания сельскохозяйственных культур. Китай одобрил рис для широкомасштабного использования с 2009 года. [21] Управление устойчивостью необходимо в Юго-Восточной Азии для предотвращения потери эффективности Bt в рисе. [22] [23]

Устойчивость к аллергии

Исследователи в Японии пытаются разработать гипоаллергенные сорта риса. Исследователи пытаются подавить образование аллергена AS-альбумина. [20]

Японские исследователи протестировали генетически модифицированный рис на макаках , который предотвратил бы аллергию на пыльцу кедра , вызывающую сенную лихорадку . Симптомы аллергии на кедр включают зуд глаз, чихание и другие серьезные аллергические реакции. Модифицированный рис содержит семь белков из пыльцы кедра (7Crp), чтобы блокировать эти симптомы, вызывая оральную толерантность. [24] Takaiwa проводит клинические испытания на людях с этим белком 7Crp в качестве оральной вакцины. [25]

C4 фотосинтез

В 2015 году консорциум из 12 лабораторий в восьми странах разработал сорт, который демонстрировал рудиментарную форму фотосинтеза C4 (C4P) для ускорения роста путем захвата углекислого газа и концентрации его в специализированных клетках листьев. C4P является причиной того, что кукуруза и сахарный тростник растут так быстро. Инженерия фотосинтеза C4 в рисе может увеличить урожайность с гектара примерно на 50 процентов. Текущий сорт по-прежнему в основном полагается на фотосинтез C3 . Чтобы полностью принять C4P, растения должны производить специализированные клетки в точном порядке: один набор клеток для захвата углекислого газа и окружать другие клетки, которые его концентрируют. Некоторые (возможно, десятки) гены, участвующие в производстве этих клеток, еще предстоит идентифицировать. Другие культуры C3P, которые могли бы использовать такие знания, включают пшеницу, картофель, томаты, яблоки и соевые бобы. [26]

Производство рекомбинантных белков

Человеческий сывороточный альбумин (HSA) — это белок крови в плазме крови человека . Он используется для лечения тяжелых ожогов, цирроза печени и геморрагического шока . Он также используется в донорской крови и является дефицитным во всем мире. В Китае ученые модифицировали коричневый рис как экономически эффективный способ получения белка HSA. Китайские ученые поместили рекомбинантные промоторы белка HSA в 25 растений риса с помощью Agrobacterium . Из 25 растений девять содержали белок HSA. Генетически модифицированный коричневый рис производит ту же аминокислотную последовательность, что и HSA. Они назвали этот белок Oryza sativa recombinant HSA (OsrHSA). Модифицированный рис был прозрачным. OsrHSA вскоре был продан для замены коровьего альбумина для выращивания клеток. [27] Клинические испытания были начаты в Китае в 2017 году, а в США — в 2019 году. [28] Та же компания Oryzogen производит другие рекомбинантные человеческие белки из риса.

Ventria Bioscience использует запатентованную систему, известную как Express Tec, для производства рекомбинантных человеческих белков в зернах риса. [29] Их наиболее известная разновидность производит человеческий лактоферрин и лизоцим . [29] Эти два белка вырабатываются естественным образом в грудном молоке человека и используются во всем мире в детских смесях и продуктах для регидратации . [29] [30]

Устойчивость к погружению

Хотя рис растет в воде, он не может пережить наводнения, которые в 2010 году привели к потере 4 миллионов тонн риса только в Индии и Бангладеш. Добавление одного гена Sub1A [31] было достаточным, чтобы рис мог выживать под водой до двух недель. Ген находится в открытом доступе . [32]

Устойчивость к соли

Солеустойчивый рис успешно выращивался в почвах, содержащих 4 грамма соли на килограмм. Это включало в себя настройку взаимодействия двух генов. [33]

Экспериментальный

Окислительный стресс , вызванный гербицидами, был экспериментально смягчен in vivo в трансгенной модели с высоким содержанием мелатонина . [34] [35] Повышенная экспрессия оксалатоксидазы увеличила in vivo устойчивость к Rhizoctonia solani . [36]

Правовые вопросы

Соединенные Штаты

Летом 2006 года Министерство сельского хозяйства США обнаружило следовые количества сорта LibertyLink 601 в партиях риса, готовых к экспорту. LL601 не был одобрен для пищевых целей. [37] Bayer подала заявку на дерегулирование LL601 в конце июля, и Министерство сельского хозяйства США предоставило статус дерегулирования в ноябре 2006 года. [38] Загрязнение привело к резкому падению рынков фьючерсов на рис с потерями для фермеров, выращивающих рис на экспорт. [37] Примерно 30 процентов производства риса и 11 000 фермеров в Арканзасе, Луизиане, Миссисипи, Миссури и Техасе были затронуты. [37] В июне 2011 года Bayer согласилась выплатить 750 миллионов долларов в качестве компенсации за ущерб и потерю урожая. [37] Япония и Россия приостановили импорт риса из США, в то время как Мексика и Европейский союз отказались вводить строгие испытания. Загрязнение произошло в период с 1998 по 2001 год. [39] Точная причина загрязнения не была обнаружена.

Китай

Китайское правительство не выдает лицензии на коммерческое использование генетически модифицированного риса. Весь ГМ-рис одобрен только для исследований. Пу и др. заявили, что рис, разработанный для производства белка крови человека (HSA), требует выращивания большого количества модифицированного риса. Это вызвало опасения по поводу экологической безопасности относительно потока генов . Они утверждали, что это не будет проблемой, поскольку рис является самоопыляющейся культурой, и их тест показал, что менее 1% модифицированного гена передается при опылении. [27] Другое исследование показало, что поток генов, опосредованный насекомыми, может быть выше, чем предполагалось ранее. [40]

Общие и цитируемые источники

Цитаты

  1. ^ Шарма и Шарма 2009.
  2. ^ Диао, Фрилинг и Лиш 2006.
  3. ^ Fraiture, M.-A.; Roosens, N.; Taverniers, I.; De Loose, M.; Deforce, D.; Herman, P. (июнь 2016 г.). «Биотехнологический рис: текущие разработки и будущие проблемы обнаружения в пищевой и кормовой цепочке». Trends in Food Science & Technology . 52 : 66–79. doi : 10.1016/j.tifs.2016.03.011 . hdl : 1854/LU-7105457 .
  4. ^ "Китай одобрил безопасность ГМО-риса". Reuters . 27 ноября 2009 г.
  5. ^ Состояние дел: генетически модифицированный рис, Rice Today, январь-март 2012 г.
  6. ^ Демонт, М.; Стайн, А.Дж. (2013). «Глобальная ценность ГМ-риса: обзор ожидаемых агрономических и потребительских выгод». New Biotechnology . 30 (5): 426–436. doi :10.1016/j.nbt.2013.04.004. PMID  23628812. S2CID  7434257.
  7. ^ Коглан, Энди (30 мая 2018 г.). «Золотой ГМ-рис получил одобрение от контролирующих органов США в области пищевых продуктов». New Scientist . Получено 7 июня 2018 г.
  8. ^ Мику, Александру (14 октября 2022 г.). «Значительный рост производительности риса: производство ГМО «морского риса» в Китае удвоилось за последние 2 года». ZME Science . Получено 31 октября 2022 г.
  9. ↑ Болдуин, Форд (2 февраля 2009 г.). «Технология борьбы с сорняками на рисе». Delta Farm Press.
  10. ^ ab Уильямс, Билл Дж.; Страхан, Рон; Вебстер, Эрик П. (июнь–июль 2002 г.). «Системы борьбы с сорняками для риса Clearfield». Сельское хозяйство Луизианы.
  11. ^ Гюнтер, Марк (27 июня 2007 г.). «Генетически модифицированный рис попадает в продовольственные запасы США». CNNMoney . Получено 11 ноября 2011 г.
  12. ^ abc Кроуган, Тим (2003). «Рис Клирфилд: это не ГМО». LSU AgCenter . Получено 25 ноября 2020 г.
  13. ^ ab "E0019 Clearfield® Rice" (PDF) . Расширение Университета штата Миссисипи . Архивировано из оригинала (PDF) 25 ноября 2020 г.
  14. ↑ Кристенсен, Джон (21 ноября 2000 г.). «УЧЕНЫЙ ЗА РАБОТОЙ: Инго Потрикус; Золотой рис в теплице, защищенной от гранат». New York Times .
  15. ^ Золотой рис и интеллектуальная собственность: государственно-частное партнерство и гуманитарное использование, веб-сайт Совета по гуманитарной помощи золотому рису.
  16. ^ Ye, X; Al-Babili, S; Klöti, A; et al. (январь 2000 г.). «Инженерия биосинтетического пути провитамина А (бета-каротина) в эндосперме риса (без каротиноидов)». Science . 287 (5451): 303–5. Bibcode :2000Sci...287..303Y. doi :10.1126/science.287.5451.303. PMID  10634784. S2CID  40258379.
  17. ^ Биофортификация железа. Архивировано 6 марта 2016 г. на сайте Wayback Machine , ACPFG.
  18. ^ Грей 2011.
  19. ^ Фудзимото, Х.; Ито, К.; Ямамото, М.; Кёдзука, Дж.; Шимамото, К. (1993). «Устойчивый к насекомым рис, полученный путем введения модифицированного гена δ-эндотоксина Bacillus thuringiensis». Bio/Technology . 11 (10): 1151–1155. doi :10.1038/nbt1093-1151. PMID  7764096. S2CID  21129991.
  20. ^ ab "GMO Compass: Rice". Архивировано из оригинала 9 марта 2012 г. Получено 5 марта 2012 г.
  21. ^ Джеймс, К. «Китай одобрил биотехнологический рис и кукурузу в знаковом решении».
  22. ^ Cohen MB, Romena AM, Aguda RM, Dirie A, Gould FL (4–8 ноября 1996 г.). Оценка стратегий управления устойчивостью риса Bt . Тихоокеанская конференция по биотехнологии Bacillus thuringiensis и ее влиянию на окружающую среду, Чиангмай , Таиланд (2-е изд.). Бангкок : Энтомологическая и зоологическая ассоциация Таиланда, Университет Касетсарт , Университет Махидол , Национальный центр генной инженерии и биотехнологии , Национальный исследовательский совет Таиланда, Департамент сельского хозяйства Таиланда (опубликовано в 1998 г.). стр. 496–505.
  23. ^ Мэттесон, ПК (2000). «Управление насекомыми-вредителями на орошаемом рисе в тропической Азии». Ежегодный обзор энтомологии . 45 (1). Ежегодные обзоры : 549–574. doi :10.1146/annurev.ento.45.1.549. ISSN  0066-4170. PMID  10761589.
  24. ^ Коглан, Энди (3 июля 2009 г.). «ГМ-рис делает аллергию легкой для желудка». NEWSCIENTIST.com . Reed Business Information Ltd . Получено 29 апреля 2012 г. .
  25. ^ Takaishi, S; Saito, S; Kamada, M; Otori, N; Kojima, H; Ozawa, K; Takaiwa, F (2019). «Оценка активации базофилов, вызванной трансгенными семенами риса, экспрессирующими целые Т-клеточные эпитопы основных аллергенов пыльцы японского кедра». Клиническая и трансляционная аллергия . 9 : 11. doi : 10.1186/s13601-019-0249-8 . PMC 6381677. PMID  30828418 . 
  26. ^ Буллис, Кевин (декабрь 2015 г.). «Ускорение роста растений, чтобы накормить мир | MIT Technology Review». MIT Technology Review . Архивировано из оригинала 29 января 2016 г. Получено 30 декабря 2015 г.
  27. ^ ab Boyle 2011.
  28. ^ Лю, Кунь; Чжоу, Лихуа (13 августа 2019 г.). «FDA одобряет новую биотехнологию». China Daily . Ухань . Получено 2 февраля 2020 г.
  29. ^ abc "Ventria Bioscience: улучшение глобальной доступности рекомбинантных лекарств, спасающих жизни, и других биотехнологических продуктов". Ventria.com . Получено 12 ноября 2012 г. .
  30. ^ «Канзас приветствует измененные культуры риса из Вентрии». Sacramento Business Journal. 27 ноября 2011 г.
  31. ^ "Sub1A". funricegenes.github.io . Получено 16 марта 2020 г. .
  32. ^ Брэнд, Стюарт (2010). Whole Earth Discipline . Penguin Books. ISBN 9780143118282.
  33. ^ Мику, Александру (14 октября 2022 г.). «Значительный рост производительности риса: производство ГМО «морского риса» в Китае удвоилось за последние 2 года». ZME Science . Получено 31 октября 2022 г.
  34. ^ Park, Sangkyu; Lee, Da-Eun; Jang, Hyunki; Byeon, Yeong; Kim, Young-Soon; Back, Kyoungwhan (1 августа 2012 г.). «Трансгенные растения риса, богатые мелатонином, проявляют устойчивость к окислительному стрессу, вызванному гербицидами». Journal of Pineal Research . 54 (3). Wiley : 258–263. doi :10.1111/j.1600-079x.2012.01029.x. ISSN  0742-3098. PMID  22856683. S2CID  6291664.
  35. ^ Арнао, Марино Б.; Эрнандес-Руис, Хосефа (2014). «Мелатонин: регулятор роста растений и/или биостимулятор во время стресса?». Тенденции в науке о растениях . 19 (12). Elsevier : 789–797. doi :10.1016/j.tplants.2014.07.006. ISSN  1360-1385. PMID  25156541. S2CID  38637203.
  36. ^ Молла, Кутубуддин А.; Кармакар, Субхасис; Чанда, Палас К.; Гош, Сатабди; Саркар, Сайлендра Н.; Датта, Свапан К.; Датта, Караби (1 июля 2013 г.). «Ген оксалатоксидазы риса, управляемый зеленым тканеспецифичным промотором, повышает толерантность к возбудителю фитофтороза (Rhizoctonia solani) в трансгенном рисе». Молекулярная патология растений . 14 (9). Уайли : 910–922. дои : 10.1111/mpp.12055. ISSN  1464-6722. ПМК 6638683 . PMID  23809026. S2CID  38358538. 
  37. ^ abcd Bloomberg News (1 июля 2011 г.). «Bayer урегулировал вопрос с фермерами по поводу модифицированных семян риса». New York Times .
  38. ^ "USDA DEREGULATES LINE OF GENETICALLY ENGINEEERED RICE". USDA.gov . USDA. 24 ноября 2006 г. Архивировано из оригинала 5 октября 2011 г. Получено 11 ноября 2011 г.
  39. ^ Берри, Ян (1 июля 2011 г.). «Bayer заплатит фермерам, выращивающим рис, за генное загрязнение». WSJ.com . The Wall Street Journal . Получено 8 марта 2012 г. .
  40. ^ Пу; Ши; У; Гао; Лю; Жэнь; Ян; Тан; Е; Шэнь; Хэ; Ян; Бу; Чжан; Сун; Сюй; Стрэнд; Чэнь (2014). «Насекомые, посещающие цветы, и их потенциальное влияние на поток трансгенов в рисе». Журнал прикладной экологии . 51 (5): 1357–1365. doi : 10.1111/1365-2664.12299 .