抗病毒转基因番木瓜及其安全性问题

李世访

（中国农业科学院植物保护研究所，植物病虫害生物学国家重点实验室，北京 100193）

番木瓜汁多味甜，营养丰富。不仅可以鲜食，而且可以制成饮料、果脯等，被称为“百果之王”。但病毒病的发生成为威胁番木瓜生产的重要因素。

1948年Jensen在夏威夷的瓦胡岛上发现番木瓜上有一种病毒引起的病害，他将该病毒命名为“番木瓜环斑病毒（Papaya ring spot virus，PRSV）”。PRSV属于马铃薯Y病毒，它是通过几种非持久性传毒的蚜虫进行传播的［1］。20世纪50年代，瓦胡岛是夏威夷番木瓜的主要种植地区，但是受PRSV的影响迫使这个产业迁移到了夏威夷的普纳地区，该地区不存在这种病毒，而且有充足的土地、雨水、阳光和以火山岩为基底的良好排水系统。并且，新的‘卡波霍’番木瓜品种也适合在普纳地区种植。到了70年代，普纳生产的番木瓜占夏威夷番木瓜的95%，但由于普纳距离疫区只有30 k m，PRSV的潜在威胁依然存在。种植抗病品种是防治该病毒病害的有效措施，但番木瓜栽培品种中缺乏抗性资源，野生番木瓜中的抗性资源又很难通过常规的杂交方法转移到番木瓜栽培品种中，因此对该病尚无有效的防治方法。转基因番木瓜在这一背景下应运而生［2－6］。

1 转基因番木瓜的研发

1．1 PDR－源于病原物基因介导的抗性

源于病原物基因介导的抗性（pathogen derived resistance，PDR）是指把病原物基因或者其中的一部分导入寄主植物中，使植物获得抵抗该病原物能力的一种现象［7］。Beachy等于1996年首次报道了PDR在植物抗病毒中的应用，发现将烟草花叶病毒（T MV）外壳蛋白在烟草和马铃薯中表达，可使这些植株获得对T MV的抗性［8］。通过大量的研究，已确切证明了PDR在植物病毒控制方面具有实际成效。事实上，通过应用PDR，大量的作物获得了对植物病毒的抗性。最初认为，为获得抗性必须有病毒外壳蛋白（CP）表达，后来大量的研究显示具有病毒CP的转基因植物实际上只能对具有相同或相似CP的病毒表现特异抗性［9－12］。然而，10年后，研究显示大多数植物病毒PDR是由RNA介导，通过转录后基因沉默（PTGS）机制起作用的。PTGS现在被认为是一种RNA沉默介导的抗病毒途径。从根本上说，利用病毒转基因诱导RNA沉默可导致入侵的同源病毒的基因组以及高序列同源性病毒基因的退化，从而使植株表现抗性。病毒基因的全长结构或片段结构，如CP、依赖RNA的RNA聚合酶（Rd Rp）、蛋白酶、运动蛋白、卫星 RNA、缺陷干扰RNA和非编码区等，都被用于介导抗性。而且有研究显示，某些病毒基因可以抑制RNA沉默，从而降低了植物中通过PDR介导的转基因抗性效果［11，13－14］。尽管如此，虽然 PDR 机制的研究取得了巨大的进步，但仍然是靠经验来确定抗性表型。从根本上说，经过改造和转化的植物要通过接种来定期筛选抗靶标病毒的抗性。选择优良的转基因品系，能更符合商业化的特点，包括他们对环境和食品安全的潜在风险的彻底评估。

1．2 抗病毒转基因植物的优点

PDR介导的抗病毒转基因植物是控制植物病毒的有效手段，抗病毒转基因技术还具有以下几个特点：首先病毒抗性可以不改变其表型属性并被植物体获得，这是靠传统育种几乎不能实现的。其次同样的抗性基因可以转入不同种属的植株中，这些植株会受转入病毒影响并易于进行转化和改造。再次，抗性还可以被无性繁殖的植株获得，这些植株由于基因的不亲和性，通过传统育种是无法进行改造的或者连接不上目的性状。

1．3 美国抗病毒转基因番木瓜的研发

美国从1985年开始致力于开发抗PRSV的转基因番木瓜研究，1989年对PRSV毒株HA5－1的CP基因进行克隆和测序，开始番木瓜胚胎的基因枪转化，在1991年获得了抗PRSV毒株HA的转基因番木瓜品系‘55－1’［2－6］。1992年 4 月，转基因品系‘55－1’R0代植株的小型田间试验在瓦胡岛进行。到了1992年12月，试验数据充分表明品系‘55－1’在田间条件下对PRSV的抗性表现良好。这样的田间试验是非常重要的，因为目前商业品种‘日出’和‘彩虹’也是通过这种田间试验开发出来的［15］。

1992年5月，在普纳的商业化番木瓜种植园中发现了PRSV。尽管人们通过观察和砍伐来努力抑制PRSV的传播，但是到了1994年普纳超过一半的番木瓜都被PRSV侵染，因此夏威夷农业研究所放弃了对该病害的扑灭程序。到了1998年，普纳的许多番木瓜都被PRSV侵染，番木瓜产量也减少到了1992年时的一半。

1995年5月，与非转基因木瓜一样‘日出’和‘彩虹’在普纳开始了田间试验，以确定控制PRSV病害的抗性工程的成效，并评估转基因栽培品种的园艺学品质［16］。这个田间试验对研究者、政府官员和种植者来说是非常成功和具有说服力的，这两个转基因品种特别是‘彩虹’在夏威夷已进行了商业化。事实上，转基因品系‘55－1’的父本和母本在1996年通过了美国农业部动植物健康检验局（APHIS）的认证，1997年通过了环境保护署的许可，与食品和药物行政部门的协商也在1997年完成。1998年4月，番木瓜行政委员会（PAC）获得了商业化转基因番木瓜的通行证［2］。PAC承包生产‘日出’和‘彩虹’的种子，随后根据需要和生产区域PRSV的严重程度，开始免费发放种子给种植者［17］。

1．4 我国转基因番木瓜的研究

自1996年首例转基因农作物商业化应用以来，全球转基因技术研究与产业快速发展。虽然夏威夷转基因番木瓜已开发了两个优良品系，但对我国华南地区4个番木瓜环斑病毒（PRSV）株系［18］、我国台湾以及泰国等亚洲国家的番木瓜环斑病毒（PRSV）株系不具有抗性。因此，不同国家和地区必须要选用当地优势病毒株系的基因重新进行转基因研究，才能获得具有对当地病毒株系抗性较好的转基因品系。华南农业大学在国内率先进行抗PRSV转基因番木瓜的基因工程研究。他们利用基因工程的技术手段，将我国华南地区PRSV的优势株系YS［19］的复制酶基因转入番木瓜植株，获得了高抗的转基因品系‘华农1号’。于2006年获得在广东省应用的安全证书，在广东大规模种植后，产生了极大的经济、社会和环境效益。从根本上解决了番木瓜生产受PRSV威胁的问题，从而恢复了番木瓜“岭南佳果”美誉，并供应国内外市场，也满足了食品工业、医药和保健等开发的需要。

2 转基因番木瓜国际竞争动态与趋势

美国是世界上首先批准种植转基因番木瓜的国家［3，17］。加拿大和日本是美国夏威夷番木瓜产业的两大消费市场，分别占20%和11%。2003年3月，加拿大批准了美国转基因番木瓜品系‘日出’和 ‘彩虹’的进口。日本十多年来对转基因番木瓜一直采取抵制措施，随着转基因番木瓜安全性的进一步确认，2010年5月，日本已经允许转基因番木瓜进口本国市场。因此，从世界范围来看，转基因番木瓜处在被人们逐渐接受的阶段，而且国际市场也呈现不断扩大的趋势。

3 为什么要种植转基因番木瓜

转基因番木瓜高抗番木瓜环斑病毒（PRSV），不但提高番木瓜产量和品质，还可大大降低生产成本。种植转基因番木瓜至少有以下3点好处。

3．1 转基因番木瓜促进非转基因番木瓜的生产

夏威夷仍需要生产非转基因番木瓜以满足可观的出口日本市场的需要。由于2010年以前日本对抗PRSV转基因番木瓜还未开放。因此，夏威夷为了保持其在日本的市场份额，还需要继续生产非转基因番木瓜，这是一个间接的转基因番木瓜促进非转基因番木瓜生产的例子。

此外，普纳转基因番木瓜实际上使得非转基因木瓜的生产成为了可能。这是往往容易被忽略的抗PRSV转基因番木瓜的重要好处。在普纳种植的非转基因品种‘卡波霍’一直是在日本占主导地位的夏威夷番木瓜。在普纳的许多地区，番木瓜果园在大量非转基因番木瓜植株周围种植转基因番木瓜，因为转基因番木瓜可以作为屏障，清除带PRSV的蚜虫，以防它们侵袭非转基因木瓜。这种方法促进了非转基因番木瓜的经济增长。

3．2 转基因番木瓜促进了番木瓜生产用地的减少

抗PRSV转基因番木瓜可以种植在有病毒侵染的土地上，从而隔离病毒来源以促进非转基因番木瓜的种植。所以，种植者们清理出来的新区域除了再次种植番木瓜以外还可用于种植其他作物。常被忽略的抗PRSV转基因番木瓜的环境效益是非常重要的，因为普纳的土地和夏威夷其他州的土地非常有限，而且其生物多样性也是非常难得的。

3．3 转基因番木瓜有助于增加番木瓜品种多样性

转基因番木瓜可以增加番木瓜品种的多样性，扩大瓦胡岛的番木瓜市场。1998年，95%的夏威夷番木瓜品种为‘卡波霍’，‘朝霞’和‘深谷’品种不到5%。今天，夏威夷的种植者们有机会在由于PRSV影响商业生产废弃的瓦胡岛种植抗PRSV的‘日出’、‘彩虹’和‘拉耶金’等品种。1996年瓦胡岛种植番木瓜2．2 hm2，现在种植抗病毒番木瓜57 hm2。如果没有抗PRSV转基因番木瓜的释放和采用［3］，这种情况是不可能发生的。

4 转基因番木瓜的安全性

4．1 食用安全性与致敏性、耐药性

影响人类健康的致敏反应是指转基因植物中病毒序列编码的蛋白对人体的潜在过敏性［20］。大量观察表明，转基因番木瓜的病毒蛋白对过敏安全性不构成威胁。实际上，在我们日常生活中，经常消费着感染了病毒的水果和蔬菜，只不过人们没有意识到。但并没有因此而出现由植物病毒成分引起的不良反应。自植物病毒发现以来，至今还没有发现植物病毒可以侵染人类的案例。我国对转基因番木瓜的食用安全性、过敏原性也进行了长期跟踪研究，没有发现任何安全问题。

从转基因与非转基因番木瓜青果种子、青果果肉、熟果种子、熟果果肉中提取番木瓜中的一种内源毒物—苄基异硫氰酯（benzyl：sothiocyanate，BITC），将提取后浓缩的样品，进行气相色谱分析，然后将结果进行生物统计分析，发现转基因番木瓜对BITC的含量并无影响。该研究表明：转基因番木瓜不大可能有致敏性，并且内源毒物BITC的含量与非转基因番木瓜无显著差异［21］。

转基因番木瓜含有抗生素抗性基因，人们担心食用这些木瓜可能会造成人类对部分抗生素产生耐药性，如其中的卡那霉素抗性基因。然而卡那霉素抗性基因来自于细菌，在培育转基因植株中广泛应用。在转基因木瓜培育过程中也用来筛选转基因植株。经过长期的研究和观察，大量数据证明卡那霉素抗性基因在转基因植物中是安全的［22］，针对一些人的质疑，2011年4月13日，欧盟食品安全局转基因专家小组公布一份科学报告，再次确认将卡那霉素抗性基因NptⅡ用于转基因作物的选择标记基因对人体、动物健康以及环境没有风险。

卡那霉素抗性基因是天然普遍存在的：在自然界的大量植物中，本来就存在一些植物可以忍耐这种抗生素。在土壤、水和其他环境，甚至在人和动物的肠胃通道里，具有卡那霉素抗性的微生物大量存在。自然界中卡那霉素抗性微生物的广泛背景意味着人类和动物时时刻刻都暴露在卡那霉素抗性生物中，竞争并共存着。

此时人们可能还会质疑，外源基因是否有进行水平转移的可能性呢？外源基因水平转移的可能性是非常小的，因为转基因食品中的外源基因特别是抗生素抗性基因被摄入人体后，水平转移至肠道生物或上皮细胞，从而对人体产生不利影响的可能性非常小，目前没有基因从植物转移到肠道微生物的证据，也没有在人类消化系统中细菌转化的报道。故转基因番木瓜中的卡那霉素抗性基因对人类不存在抗生素医疗安全性的问题。

4．2 农药残留

转基因木瓜的抗性，特别是抗虫抗病能力的存在可以大大减少种植过程中农药的使用，以降低农药残留对于人类的危害。我国耕地面积仅为美国的2／3，但农药年用量高达120多万t，化肥年施用量约4 000万t，分别是美国的2倍和4倍，环境污染严重［23］。研究表明，过去10年全球抗虫转基因作物的应用，减少农药使用量（有效成分）超过22万t，相当于减少15%农药对作物及环境的影响。例如我国抗虫转基因棉花的应用，累计减少杀虫剂60万t。因此，转基因番木瓜比非转基因番木瓜将显著减少农药、化肥的使用，缓解资源短缺、环境恶化等严重问题，食用更安全［24］。

4．3 生态效益与社会效益

农业生物技术是一场新的绿色产业革命，它将给农民、消费者和社会带来更多的利益方便和安全保障。转基因技术是现代生物技术的核心，运用转基因技术培育高产、优质、多抗、高效的新品种，能够降低农药、肥料投入，对缓解资源约束、保护生态环境、改善产品品质、拓展农业功能等具有重要作用。转基因技术带来的生态效益、经济效益十分显著［25］。1996－2007年，全球转基因作物累计收益高达440亿美元，累计减少杀虫剂使用35．9万t。2008年，全球共有55个国家批准了24种转基因作物进入市场销售，市场价值达到75亿美元［26］。

4．4 真实的风险与预测的风险

有关抗病毒转基因作物安全性问题的许多研究都已经进行，特别是异源包装和重组的问题。但是，只有少数风险评估具有现实意义，更多的则是有关病毒和寄主的相互作用而不是安全性。区分与抗病毒转基因植物相关的预测风险和真实风险是非常重要的。因为人们特别是缺少相关专业知识的民众，很容易混淆转基因作物的预测风险和真实风险。迄今为止，还没有可信的证据表明，表达病毒基因的转基因植物可以增加异源包壳或重组频率。同样，几乎没有证据推断，表达病毒基因的转基因植物可改变现存病毒种群的特点或产生新的病毒。我们更注重结果而不是特殊潜在风险的发生概率。故目前尚没有明确证据证明转基因食品是不安全的，所有的风险和危害都是预测的，现实当中尚未存在。

综上所述，其实人们不必对转基因番木瓜如此惊慌，转基因番木瓜与非转基因番木瓜相比，在微生物毒素、农药残留等方面更安全，至今尚未发现一例因食用转基因番木瓜导致的中毒或医疗事故。

5 转基因木瓜的标识问题

我国政府非常重视转基因生物及其安全性研究工作，评价过程严谨，程序规范。对转基因植物的生产和种植采取了一系列措施。2002年1月，农业部发布了《农业转基因生物标识管理办法》，同时发布了《第一批实施标识管理的农业转基因生物目录》，番木瓜还没有被列入此目录中，因此没有硬性规定一定要标识出来。

目前，番木瓜栽培在我国南方属于个体行为，通过行政手段要求每家每户对转基因番木瓜进行标识，不仅成本高，操作起来也很困难。转基因番木瓜没有必要遮遮掩掩，因为目前尚没有证据证明转基因番木瓜是不安全的。我国农业部成立的农业生物基因工程安全管理办公室和农业生物基因工程安全委员会，对转基因生物及其产品的商品化生产进行了严格的安全评价。转基因木瓜就是经过多年严格安全评价，确认安全后获得商业化许可的。但为了保护消费者的知情权，农业部正在研究转基因番木瓜标识的操作程序，以后消费者就可以根据自己的判断购买自己喜欢吃的转基因或非转基因番木瓜。

［1］ Jensen D D．Papaya vir us diseases wit h special reference to papaya ringspot［J］．Phytopat hology，1949，39：191－211．

［2］ Gonsalves C，Lee D，Gonsalves D．Transgenic virus resistant papaya：The Hawaiian‘Rainbow’was rapidly adopted by far mers and is of major i mportance in Hawaii today［EB／OL］．2004．http：∥www．apsnet．org／online／feature／rainbow．

［3］ Gonsalves C V．Transgenic virus－resistant papaya：far mer adoption and i mpact in the Puna area of Hawaii［M］．Albany：State Univ．NY，2001：1－170．

［4］ Gonsalves D．Control of Papaya ringspot vir us in papaya：a case study［J］．Annu Rev Phytopathol，1998，36：415－437．

［5］ Gonsalves D．Transgenic papaya：develop ment，release，impact，and challenges［J］．Adv Virus Res，2006，67：317－354．

［6］ Gonsalves D，Ferreira S，Manshardt R，et al．Transgenic vir us resistant papaya：new hope f or control of Papaya ringspot virus in Hawaii［EB／OL］．http：∥www．apsnet．org／education／feat ure／papaya／Top．ht m．1998．

［7］ Savenkov E I，Val konen J P．Potyviral helper－component pr oteinase expressed in transgenic plants enhances titers of Potato leaf r oll vir us but does not alleviate its phloem li mitation［J］．Virology，2001，10：285－293．

［8］ Po well－Abel P，Nelson R S，De B，et al．Delay of disease develop ment in transgenic plants t hat express t he Tobacco mosaic vir us coat pr otein gene［J］．Science，1986，232：738－743．

［9］ Lindbo J A，Dougherty W G．Plant pat hology and RNAi：a brief history［J］．Annu Rev Phytopathol，2005，43：191－204．

［10］Voinnet O．RNA silencing as a plant i mmune system against vir uses［J］．Trends Genet，2001，17：449－459．

［11］Voinnet O．Induction and suppression of RNA silencing：insights fr o m viral infections［J］．Nat Rev Genet，2005，6：206－221．

［12］Water house P M，Wang M B，Lough T．Gene silencing as an adaptive defence against vir uses［J］． Nat ure，2001，411：834－842．

［13］Qu F，Morris T J．Suppressors of RNA silencing encoded by plant viruses and their role in viral infections［J］．FEBS Lett，2005，579：5958－5964．

［14］Water house P M，Fusar o A F．Vir uses face a double defense by plant small RNAs［J］．Science，2006，313：54－55．

［15］Gonsalves D，Gonsalves C，Ferreira S，et al．Transgenic virus resistant papaya：from hope to reality for controlling of papaya ringspot［EB／OL］．2004．http：∥www．apsnet．org／online／feature／ringspot．

［16］Ferreira S A，Pitz KY，Manshardt R，et al．Vir us coat pr otein transgenic papaya provides practical control of Papaya ringspot vir us in Hawaii［J］．Plant Dis，2002，86：101－105．

［17］Gonsalves C，Lee D，Gonsalves D．Transgenic vir us resistant papaya：The Hawaiian‘Rainbow’was rapidly adopted by far mers and is of major i mportance in Hawaii today［EB／OL］．2004．http：∥www．apsnet．org／online／feature／rainbow．

［18］饶雪琴，李华平．转基因番木瓜研究进展［J］．中国生物工程杂志，2004，24（6）：38－42．

［19］蔡建和，范怀忠．华南番木瓜病毒病及环斑病毒株系的调查鉴定［J］．华南农业大学学报，1994，15（4）：13－17．

［20］李来好，郝志明，吴燕燕．基因食品的营养安全问题［J］．现代食品科技，2005，21（2）：166－170．

［21］阮小蕾，侯燕，李华平．转PRSV复制酶基因番木瓜食品安全性的初步评价［J］．华中农业大学学报，2010，29（3）：381－386．

［22］贾士荣．转基因植物食品中标记基因的安全性评估［J］．中国农业科学，1997，30（2）：1－15．

［23］张敏恒．转基因作物与农药［J］．农药，2000，39（4）：1－5．

［24］侯博，阳检，吴林海．农药残留对农产品安全的影响及农户对农药残留的认知与影响因素的文献综述［J］．安徽农业科学，2010，38（4）：2098－2101，2129．

［25］王旭静，贾士荣．国内外转基因作物产业化的比较［J］．生物工程学报，2008，24（4）：541－546．

［26］宁启文．就推进转基因技术研究与应用答记者问［N］．农民日报，2010－03－03（1）．