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雜交-漸滲進(jìn)化理論在轉(zhuǎn)基因逃逸及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和研究中的意義

發(fā)布時(shí)間:2016-11-18 15:10

  本文關(guān)鍵詞:雜交-漸滲進(jìn)化理論在轉(zhuǎn)基因逃逸及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和研究中的意義,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。



生物多樣性2009,17(4):362-377
Biodiversity Science

doi:10.3724/SP.J.1003.2009.09132 hRp://www.biodiversity?science.net

雜交一漸滲進(jìn)化理論在轉(zhuǎn)基因逃逸及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn) 評(píng)價(jià)和研究中的意義
盧寶榮+夏
輝楊

簫 金鑫劉 蘋 汪魏
(復(fù)旦人學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生態(tài)與進(jìn)化生物學(xué)系,教育部牛物多樣性與生態(tài)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200433)

摘要:轉(zhuǎn)基因作物的商品化生產(chǎn)和大規(guī)模環(huán)境釋放,引起了全球?qū)ι锇踩珕栴}的廣泛關(guān)注和爭議,其中轉(zhuǎn)基因 通過花粉介導(dǎo)的基因漂移逃逸到非轉(zhuǎn)基因作物及其野生近緣種,進(jìn)而帶來不同類型的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)就足備受爭議的生 物安全問題之一。有效的生物安全評(píng)價(jià)和研究能夠?yàn)檗D(zhuǎn)基因作物的安令持久利用保駕護(hù)航。按照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的原則,, 對于轉(zhuǎn)基兇逃逸及其潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)麻包括兩個(gè)重要步驟:(1)檢測轉(zhuǎn)基因向野生近緣種(包括雜草類犁)群體 逃逸的頻率;(2)確定逃逸后的轉(zhuǎn)基兇能否通過遺傳漸滲在野生近緣種群體中存留和擴(kuò)散。雜交一漸滲是進(jìn)化生物 學(xué)中非常重要的科學(xué)命題和普遍的自然現(xiàn)象,雜交一漸滲的進(jìn)化理論與轉(zhuǎn)基因逃逸及其潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的研究和評(píng) 價(jià)有密切的關(guān)系。雜交一漸滲過程往往導(dǎo)致物種形成、適應(yīng)性進(jìn)化和自然群體的瀕危與滅絕,這是岡為在雜交一 漸滲過程中,不同的機(jī)制如遺傳同化作用、群體湮沒效應(yīng)以及群體的選擇性剔除效應(yīng)等都會(huì)在很大程度上影響群 體的進(jìn)化過程。轉(zhuǎn)基岡通過雜交一漸滲進(jìn)入野生群體,使這一過程更加復(fù)雜化。如果轉(zhuǎn)基因能提高群體的適合度, 則更有利于其漸滲速率,從而在群體中迅速擴(kuò)散并帶來一定的生態(tài)后果。雜交一漸滲的進(jìn)化理論和思想將有益于 指導(dǎo)轉(zhuǎn)基因逃逸及其潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的研究和評(píng)價(jià)。 關(guān)鍵詞:生物安全,轉(zhuǎn)基因逃逸,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),雜交,漸滲,進(jìn)化,適合度,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

Evolutionary theory 0f hybridization.introgressiOn:its implication in

en—

vironmental risk assessment and research of
Bao—Rong Lu乖,Hui Xia,Xiao Yang,Xin Jin,Ping

trans2ene escape

Liu,Wei Wang
Engineering,Department ofEcology and

Ministry ofEducation

Key Laboratoryfor Biodiversity Science and Ecological

Evolutionary Biology,School

ofLife Science,Fudan

University,Shanghai 200433

Abstract:The commercial production and extensive environmental release of genetically modified(GM) crops have aroused worldwide its potential
concerns are

and debates

over

environmental risks

the biosafety of these crops.Transgene escape and


among the most debated biosafety issues.Transgene(s)can move from

GM crop

to

its non—GM counterparts and wild relatives via pollen—mediated gene flow,potentially causing
can

various types of environmental problems.Effective biosafety assessment and research

facilitate the safe
are

and sustainable application of GM crops.Following the framework of risk assessment,there

two critical

steps for assessing environmental risks caused by transgene escape:(1)to measure frequencies of transgene escape from


GM crop

to

its non—GM counterpart

or

wild relative species(including weedy forms)via pol-
or

len—mediated gene flow;and(2)to determine the persist and spread of escaped transgene(s)in wild populations through introgression.The study of hybridization—introgression represents
one

weedy

of the most im-

portant and common phenomena in plant evolutionary,the study of which also includes the two important steps:to estimate frequencies of hybridization and to know the introgression of gene(s)in question within among populations.The evolutionary theory of hybridization-introgression has
a or

very close relationship with

research and assessment of transgene escape and its potential environmental risks.The process of hybridiza-

收稿日期:2009—05—3 1;接受日期:2009—07.07 摹金項(xiàng)H:囡家暈點(diǎn)藎礎(chǔ)研究發(fā)腥規(guī)劃(973)項(xiàng)目(2007CBl09202)、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)Iil(2007ZD001,30871503)和農(nóng)業(yè)部項(xiàng)目
(2008ZX0801 1—006)

’通訊作者Author for correspondence.E-mail:brlu@fudan.edu.饑

萬方數(shù)據(jù)  

第4期

盧寶榮等:雜交一漸滲進(jìn)化理論在轉(zhuǎn)基岡逃逸及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和研究中的意義

363

tion—introgression usually results in speciation,endangered status,extinction,or adaptive evolution of plant species.This is because important effects such
as

genetic assimilation,demographic swamping,and selective

sweeps during the hybridization—introgression process,can considerably affect the evolutionary process of plant populations,into which the incorporation of transgenes may complicate the evolutionary process.If
仃ansgenes

in question

can

significantly increase the fitness of individuals,they will quickly spread in the

populations through fast introgression and tionary consequences.Therefore,we
to

significantly

influence population dynamics bring certain evolu- applying the evolutionary

recommend

theory

of

hybridiza-

tion—introgression

guide the research

and assessment

of potential environmental risks caused by transgene

eSC。澹
Key words:biosafety,仃ansgene escape,ecological consequence,hybridization,introgression,evolution, fitness,risk assessment

著名的遺傳和進(jìn)化生物學(xué)家T.Dobzhansky曾 經(jīng)有過這樣的名言:“離開了進(jìn)化思想的指導(dǎo),任何 生物學(xué)問題都無法得到正確解釋”(Dobzhansky, 1973);我國著名遺傳學(xué)家談家楨先生也曾這樣總 結(jié)過:“進(jìn)化是生物學(xué)的核心問題”。兩位生物學(xué)巨人 對進(jìn)化論的評(píng)價(jià),充分體現(xiàn)了進(jìn)化思想在生物學(xué)研 究中的霞要地位和深刻影響。今年正值進(jìn)化論的創(chuàng) 始人達(dá)爾文誕辰200周年以及他的巨著《物種起源》 發(fā)表150周年紀(jì)念,回顧達(dá)爾文的進(jìn)化理論和進(jìn)化 思想將有助于我們進(jìn)一步正確理解和研究生命科 學(xué)中復(fù)雜紛紜的現(xiàn)象和問題,并為解開這些問題的 奧秘奠定正確的研究方向。 達(dá)爾文在《物種起源》一書中提到了兩個(gè)主要 觀點(diǎn):(1)物種不斷進(jìn)化和不斷改進(jìn)自身以適應(yīng)周圍 的環(huán)境;(2)自然選擇是新物種形成的關(guān)鍵機(jī)制,即 所謂“物競天擇、適者生存”。生物的遺傳和變異為 適應(yīng)性進(jìn)化和新物種形成創(chuàng)造了基本條件,群體中 的有益或有害遺傳變異在自然選擇作用下被保留 (生存)或淘汰(死亡),這一過程導(dǎo)致了生物進(jìn)化,當(dāng) 這一過程不斷發(fā)展和積累,就會(huì)對群體產(chǎn)生明顯影 響進(jìn)而帶來不同程度的環(huán)境和社會(huì)后果。自然選擇 理論科學(xué)地解釋了生物的進(jìn)化,也解釋了自然界的 奧妙,許多與生命科學(xué)相關(guān)的問題.例如生物多樣 性形成、維持和喪失,物種瀕危和滅絕、疾病的流 行爆發(fā)以及轉(zhuǎn)基兇的環(huán)境生物安全問題等,都可以

種以上水平的系統(tǒng)進(jìn)化過程,即宏觀進(jìn)化 (macroevolution)。也可以研究發(fā)生在物種以下水平 的群體進(jìn)化事件,即微觀進(jìn)化(microevolution) (Simpson。1944)。微觀進(jìn)化主要研究在較小時(shí)間和 空間尺度上群體的基因或基因型頻率的動(dòng)態(tài)變化、 分布式樣以及由此而產(chǎn)生的進(jìn)化后果。 根據(jù)現(xiàn)代進(jìn)化論的思想,自然選擇對微觀水平 上的進(jìn)化發(fā)生作用必須滿足以下3個(gè)條件:(1)群體 內(nèi)存在變異并且這些變異可以產(chǎn)生具有不同基岡 型的個(gè)體;(2)這些變異將影響個(gè)體的表現(xiàn)型,并對 不同個(gè)體的適合度帶來一定的影響;(3)不同基因型 的個(gè)體在不同的環(huán)境條件下表現(xiàn)出一定的適合度 差異。這里用“適合度”這一概念來衡量包含特定基 因犁的個(gè)體或群體在不同環(huán)境下的適應(yīng)程度,可以 定義為具有特定基因型個(gè)體的相對繁殖成功率(相 對優(yōu)勢)或具有該基因型的個(gè)體對群體基因庫的相 對貢獻(xiàn)程度(Stewart
et

a1.,2003)。雖然適合度是以

包含特定基兇型的個(gè)體為描述對象的。但個(gè)體中能 提高適合度的基因也會(huì)隨著個(gè)體一同受到自然選 擇。換言之,在特定生態(tài)環(huán)境條件下,適合度越高 的個(gè)體或基因,其繁衍自身的能力也越強(qiáng),造成系 統(tǒng)內(nèi)變化甚至失衡的可能性就越高,由此而帶來的 環(huán)境后果也就越明顯。 本文將以進(jìn)化的理論和思想為指導(dǎo)。討論轉(zhuǎn)基 因植物的外源基因逃逸及其可能帶來的環(huán)境生物 安全問題,并以此為轉(zhuǎn)基因的環(huán)境生物安全評(píng)價(jià)提 供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

在進(jìn)化論的思想指導(dǎo)下進(jìn)行研究并找到答案。
根據(jù)Dobzhansky的解釋:“生物進(jìn)化是由生物 與其生存環(huán)境之間相互作用的變化而導(dǎo)致生物群 體的部分或整體遺傳組成發(fā)生的一系列不可逆的 改變”(Dobzhansky
et

1轉(zhuǎn)基因生物及環(huán)境生物安全
進(jìn)化論對科學(xué)研究的許多領(lǐng)域都產(chǎn)生了極其 深刻的影響,其中獲益最大的領(lǐng)域是動(dòng)植物的遺傳

aL,1977)。按照生物進(jìn)化的時(shí)

間和空間尺度,我們可以研究發(fā)生在物種和物

萬方數(shù)據(jù)  

364

生物多樣性Biodiversity Science

第17卷

改良,以至于有學(xué)者將野生物種的馴化和遺傳育種 稱為“超級(jí)進(jìn)化”(Vaughan
et

術(shù)及其產(chǎn)品商品化應(yīng)用和生物安全評(píng)價(jià)、管理相關(guān)
的法律和法規(guī);(7)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的生物安全評(píng)價(jià)、監(jiān) 測和管理體系(Lu,2008;盧寶榮等,2008)。 轉(zhuǎn)基因生物的大規(guī)模環(huán)境釋放及其可能帶來 的環(huán)境生物安全問題是目前全球最受關(guān)注和爭議 的領(lǐng)域之一。由于環(huán)境生物安全所涉及的地域和范 圍寬廣,受影響的因素眾多,而且這些因素相互聯(lián) 系,產(chǎn)生的后果在時(shí)間尺度上影響可能比較久遠(yuǎn), 而且對環(huán)境生物安全產(chǎn)生的影響很難進(jìn)行嚴(yán)格的 界定,因此,對轉(zhuǎn)基因生物環(huán)境安全的評(píng)價(jià)、研究 及有效管理都具有很大的難度。目前,全球?qū)D(zhuǎn)基 因植物的環(huán)境生物安全比較有共識(shí)的問題主要包 括以下幾個(gè)方面:(1)轉(zhuǎn)基兇向非轉(zhuǎn)基因栽培植物及 其野生近緣種逃逸以及由此而產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) (Ellstrand,2003;Messeguer,2003;Lu&Snow,2005; Mercer
et

a1.,2007)。育種學(xué)家通

過各種方法(如有性雜交、輻射和化學(xué)誘變、染色體 操縱和生物工程等)創(chuàng)造遺傳變異,并通過人工和 自然的共同選擇將符合人類需求和育種目標(biāo)的有 利遺傳變異保留下來,進(jìn)一步繁殖培育成新品種。 因此。創(chuàng)造遺傳變異始終是遺傳育種的核心問題。 隨著現(xiàn)代遺傳學(xué)、分子生物學(xué)和生物技術(shù)的不斷發(fā) 展。人類創(chuàng)造遺傳變異的能力已經(jīng)從獨(dú)立王國逐漸 進(jìn)入了自由王國,其中一個(gè)成功的跨越就是利用轉(zhuǎn) 基因生物技術(shù)來創(chuàng)造遺傳變異并改良動(dòng)物、植物和 微生物,從而創(chuàng)造新品種。轉(zhuǎn)基因技術(shù)不僅可以更 高效和有目標(biāo)地改良品種,而且還可以打破物種間 有性生殖隔離的界限,在任意生物種類之間進(jìn)行基 因轉(zhuǎn)移,從而無限地?cái)U(kuò)大了可利用的遺傳變異來 源,這對生物的遺傳改良產(chǎn)生了劃時(shí)代的影響。自 1995年第一例轉(zhuǎn)基因西紅柿進(jìn)入商品化生產(chǎn)以來, 轉(zhuǎn)基因植物的種植面積在全球迅速增加,截至2008 年底,全球轉(zhuǎn)基兇植物的商品化種植面積已經(jīng)超過 了1.25億公頃。所帶來的經(jīng)濟(jì)效益也超過440億美 元(James,2008)。這充分表明轉(zhuǎn)基因技術(shù)在提高全 球糧食生產(chǎn)效率和改善農(nóng)作物品質(zhì)等方面都有巨 大的優(yōu)勢。 然而,作為生命科學(xué)中一個(gè)迅速發(fā)展的新領(lǐng) 域,轉(zhuǎn)基因技術(shù)及其產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用也引發(fā)了全世 界對其潛在的生物安全問題的廣泛討論和關(guān)注 (Conner
et

a1.,2007);(2)抗蟲或抗病轉(zhuǎn)基因?qū)Ψ前袠?biāo)
et

生物的影響(O’Callaghan,2005;Oliveira 生物多樣性的影am(Conner

a1.,

2007);(3)轉(zhuǎn)基因植物對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)以及系統(tǒng)外
et

a1.,2003;Ammann,

2005);(4)轉(zhuǎn)基因植物長期和大規(guī)模種植對土壤生 物(包括微生物)群落的影響(Wu
vannetti et a1.,2005;Oliveira et
et

a1.,2003;Gio—

a1.,2007);(5)抗蟲和

抗病轉(zhuǎn)基因植物的長期種植導(dǎo)致靶標(biāo)生物對轉(zhuǎn)基 因的抗性進(jìn)化(Bates
2007;Li et
et

a1.,2005;Dalecky et a1.,

a1.,2007;Wu,2007)。

雖然上述各方面僅包括目前倍受人們關(guān)注的 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的一部分,但已涉及了生命科學(xué)的多個(gè)領(lǐng) 域。本文僅以外源基因逃逸及其潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為 案例。分析如何用進(jìn)化論的思想為指導(dǎo)來分析其中 的科學(xué)問題,探索各問題之間的關(guān)系和變化規(guī)律, 從而為轉(zhuǎn)基因逃逸及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)鎖定研究 方向,為相關(guān)的轉(zhuǎn)基因環(huán)境生物安全評(píng)價(jià)和管理提 供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)平臺(tái)。 1.2轉(zhuǎn)基因逃逸及其潛在環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) 轉(zhuǎn)基因逃逸是指轉(zhuǎn)基因植物中的外源基因通 過基因漂移(或天然雜交)轉(zhuǎn)移到植物的非轉(zhuǎn)基因品 種或其野生近緣種(包括雜草種類)的現(xiàn)象。根據(jù)轉(zhuǎn) 基因逃逸對象的不同,可以將其劃分為外源基因從 轉(zhuǎn)基因作物向其非轉(zhuǎn)基因作物(crop.to—crop)、向野 生近緣種(crop—to—wild)和向同一物種的雜草類型 (crop—to—weed)的逃逸(Lu&Snow,2005;Lu,2008)。 栽培作物品種之間、作物與其野生近緣種之間以及

a1.,2003)。

1.1轉(zhuǎn)基因生物安全及其相關(guān)問題 按照聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織(FAO,2002)的定 義,轉(zhuǎn)基岡的生物安全是指:“在生物技術(shù)的應(yīng)用以 及轉(zhuǎn)基因植物和其他生物尤其是微生物的環(huán)境釋 放過程中可能對植物遺傳資源、動(dòng)物和植物、人類 健康以及環(huán)境帶來的負(fù)面影響(ftp://ftp.fao.org/ag/ cgrfa/cgrfa9/r9w18ae.pdf)”。按照近年來全球生物安 全的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢。生物安全所涉及的領(lǐng)域 主要包括以下幾個(gè)方面:(1)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的食用安全 和有關(guān)健康方面的問題;(2)轉(zhuǎn)基因生物的環(huán)境釋放 所帶來的環(huán)境和生態(tài)方面的生物安全問題;(3)與轉(zhuǎn) 基因技術(shù)或產(chǎn)品相關(guān)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和倫理問題;(4) 轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)以及產(chǎn)品中轉(zhuǎn)基因的檢測和鑒 定;(5)轉(zhuǎn)基岡生物技術(shù)產(chǎn)品的公眾接受程度以及有 關(guān)生物安全的公眾認(rèn)知和教育;(6)與轉(zhuǎn)基岡生物技

萬方數(shù)據(jù)  

第4期

盧寶榮等:雜交一漸滲進(jìn)化理論在轉(zhuǎn)基兇逃逸及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和研究中的意義

365

作物和作物同種雜草類型之間的基因漂移和遺傳 物質(zhì)的交換非常頻繁和廣泛,這是植物和農(nóng)作物進(jìn) 化過程中的自然現(xiàn)象,已經(jīng)在作物及其野生近緣種 的進(jìn)化歷程中存在了數(shù)千年(Ells仃and
et

些物種之間很可能發(fā)生花粉介導(dǎo)的基因漂移(Lu

et

aL,2003);蚱剖请p向的,既可以由栽培植物 向野生近緣種進(jìn)行,也可以由野生近緣種向栽培物 種進(jìn)行(圖1),但無論是哪一種情況發(fā)生,都可以導(dǎo) 致外源轉(zhuǎn)基因的逃逸;蚱频姆较蚣捌漕l率在 不同的物種之間有很大的差異,這在很大程度上取 決于花粉供體的花粉產(chǎn)量、花粉受體的異交率、不 同物種之間的雜交親和性以及花粉競爭能力等 (Song
et

a1.,1999)。

因此,轉(zhuǎn)基因完全能夠通過基因漂移逃逸到非轉(zhuǎn)基 因作物品種以及作物的野生近緣種或雜草群體中, 并通過遺傳漸滲在野生近緣種的群體中存留或進(jìn) 一步擴(kuò)散,進(jìn)而帶來環(huán)境生物安全問題。由于轉(zhuǎn)基 因逃逸的對象小同,帶來環(huán)境生物安全問題的性質(zhì) 也不一樣,因此,非常有必要對轉(zhuǎn)基因漂移與轉(zhuǎn)基 因逃逸之間的關(guān)系以及小同類型轉(zhuǎn)基因逃逸而帶 來的潛在生物安全問題進(jìn)行探討。 1.2.1基因漂移與轉(zhuǎn)基因逃逸 基兇漂移在進(jìn)化生物學(xué)和群體遺傳學(xué)中又被 稱為基因流(gene flow),是生物進(jìn)化的一個(gè)重要過 程和非常普遍的自然現(xiàn)象。按照進(jìn)化生物學(xué)的定義, 基因流是指遺傳物質(zhì)(一個(gè)或多個(gè)基因)從某一個(gè)生 物群體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)群體的過程(Hartl&Clark, 1988)。理論上有兩種不同類型的基因漂移:即通常 意義上的基因漂移和基因水平轉(zhuǎn)移(horizontal
gene

a1.,2002,2004a;Lu,2008;Rong et

a1.,

2009)。上述基因漂移的例子可以在許多栽培植物及 其野生近緣種(包括雜草類型)中發(fā)現(xiàn),表明花粉介 導(dǎo)的作物一野生種基因漂移十分普遍(Jenczenwski
el

aL,2002;Ellstrand,2003;Lu et aL,2003;Chen et a1.,

2004;Heinemann,2007)。關(guān)于基因漂移與轉(zhuǎn)基因逃 逸之間的關(guān)系以及基因漂移頻率的確定將在后文 中進(jìn)行討論。 1.2.2轉(zhuǎn)基因逃逸的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn) 作物一作物轉(zhuǎn)基因逃逸:轉(zhuǎn)基因從轉(zhuǎn)基因作物 向非轉(zhuǎn)基因作物逃逸的后果豐要是造成非轉(zhuǎn)基因 作物品種的混雜,進(jìn)而引起國家和地區(qū)間的貿(mào)易以 及法律方面的糾紛。如果轉(zhuǎn)基因逃逸的頻率較高, 還會(huì)帶來如F一些問題。首先。影響地方土著品種 和農(nóng)家傳統(tǒng)品種的遺傳多樣性。轉(zhuǎn)基因逃逸到土著

transfer),前者指通過有性雜交的方式使基因在同 一物種的群體之間或可進(jìn)行交配的近緣種之間轉(zhuǎn) 移的現(xiàn)象,而后者則是指通過非有性生殖的方式 (如細(xì)胞之間的接觸和感染)使基因在不同物種個(gè)體 之間轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。由于基因水平轉(zhuǎn)移大多發(fā)生在低 等生物(如細(xì)菌),而且頻率極低,目前還沒有充分 的證據(jù)表明它會(huì)帶來環(huán)境生物安全問題,因此本文 將主要討論肯性雜交過程所導(dǎo)致的基岡漂移。 按照漂移媒介不同,廣義的基兇漂移可以分為 花粉介導(dǎo)、種子介導(dǎo)以及無性繁殖器官介導(dǎo)的基因 漂移(Lu,2008)。花粉介導(dǎo)的基因漂移是指通過花粉 傳播或有性雜交的方式造成群體中不同個(gè)體的遺 傳物質(zhì)交換。而種子或無性繁殖器官介導(dǎo)的基因漂 移是指通過種子或無性繁殖器官的擴(kuò)散和傳播而 造成群體中個(gè)體之間的交換,不涉及有性雜交過 程。本文集中討論花粉介導(dǎo)的基因漂移及其導(dǎo)致的 轉(zhuǎn)基兇逃逸和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。 花粉介導(dǎo)的基因漂移廣泛存在于具有雜交親 合性的植物種類之間,包括同一物種不同群體和不 同物種之間的基因漂移。如果這些物種和群體在地 理窄間上具有重疊分布區(qū),而且相鄰生長,在物候 學(xué)上又有相同或重疊的開花期和開花時(shí)間,那么這

Weed—crop 8ene fIOW

圖1作物品種之間、作物與其野生近緣種和雜草類型之間 的雙向基因漂移示意圖。箭頭線的粗細(xì)表明花粉介導(dǎo)基因漂 移的難易程度。
Fig.1

Schematic

illustration

showing the two.directional

gene flow among cultivated plant species,weedy types,and wild relatives.The thickness of arrows indicates the possibility of pollen—mediated gcne flow.

萬方數(shù)據(jù)  

生物多樣性Biodivers砂Science 品種(或農(nóng)家品種)后,轉(zhuǎn)基因所編碼的優(yōu)勢性狀(例 如抗蟲、抗病等),會(huì)使含轉(zhuǎn)基岡土著品種或農(nóng)家品 種的植株或種子在田間受到自然選擇以及農(nóng)民的 偏愛,逐漸導(dǎo)致這些轉(zhuǎn)基因植株個(gè)體數(shù)量的增加, 致使土著品種的遺傳多樣性逐漸降低,其寶貴種質(zhì) 資源逐漸喪失。曾經(jīng)在Nature雜志上報(bào)道過的墨西 哥玉米土著品種受到抗蟲Bf轉(zhuǎn)基因“混雜”的問題 就引起過廣泛爭議(Quist&Chapela.2001)。 其次,轉(zhuǎn)基因向非轉(zhuǎn)基兇作物品種逃逸還會(huì)影 響某些轉(zhuǎn)基因的作用效果。例如,抗蟲轉(zhuǎn)基因作物 的可持續(xù)利用和長期種植一般需要采取“高劑量與 庇護(hù)所”策略,即將轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因作物(庇護(hù)所) 按一定的比例和空間模式種植,以延緩靶標(biāo)昆蟲抗 性的產(chǎn)生。如果抗蟲轉(zhuǎn)基因作物與非轉(zhuǎn)基因作物間 發(fā)牛頻繁的基因漂移,就會(huì)使庇護(hù)所中的非轉(zhuǎn)基因 作物獲得抗蟲性狀,削弱庇護(hù)所對靶標(biāo)昆蟲抗性的 延緩作用(Heinemann,2007)。 作物一野生種轉(zhuǎn)基因逃逸:轉(zhuǎn)基因從轉(zhuǎn)基兇作 物向其野生近緣種的逃逸則可能是由于雜交一漸 滲的遺傳同化(genetic assimilation)過程和湮沒效應(yīng) (demographic swamping)影響了野牛群體的遺傳完 整性(genetic integrity),甚至導(dǎo)致野生近緣種群體 的局部滅絕,從而帶來牛態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(Andow&Zwah. 1en,2006;Lu,2008)。尤其是當(dāng)能改變個(gè)體適合度的 轉(zhuǎn)基因(如抗蟲、抗逆轉(zhuǎn)基因)向作物的野生近緣種 發(fā)生逃逸。會(huì)引起以下后果:如果逃逸的轉(zhuǎn)基因具 有明顯的適合度優(yōu)勢,攜帶該轉(zhuǎn)基因的個(gè)體將通過 遺傳漸滲在野生近緣種群體中迅速擴(kuò)散,尤其是攜 帶具有特殊性狀(如抗旱抗逆)轉(zhuǎn)基因的野生個(gè)體, 由于具有自然選擇優(yōu)勢和較強(qiáng)的生存競爭和入侵 能力,一旦進(jìn)入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可能會(huì)成為新型雜 草。另外,這些攜帶轉(zhuǎn)基因的個(gè)體可能逐漸取代群 體中的其他個(gè)體,導(dǎo)致野生近緣種群體遺傳多樣性 的下降甚至喪失。如果逃逸的轉(zhuǎn)基因具有明顯的適 合度劣勢,攜帶轉(zhuǎn)基岡的個(gè)體將會(huì)由于競爭而被群 體中的其他個(gè)體所淘汰,當(dāng)這些劣勢轉(zhuǎn)基因不斷通 過循環(huán)性基兇漂移(recurrent
gene

第17卷

雜草治理的難度。如果該雜草獲得具有特殊抗性的 轉(zhuǎn)基因(如抗旱和耐寒轉(zhuǎn)基因),將會(huì)具有更強(qiáng)和更 廣泛的適應(yīng)能力和擴(kuò)散能力,帶來更嚴(yán)重的環(huán)境風(fēng) 險(xiǎn)。另外,抗除草劑的轉(zhuǎn)基因一旦逃逸到雜草群體 中,會(huì)增加用除草劑控制雜草的難度。例如,在加 拿大已經(jīng)發(fā)現(xiàn)同時(shí)包含三種抗除草劑轉(zhuǎn)基因的雜 草型油菜,其原因就是甘藍(lán)型轉(zhuǎn)基因油菜中的三種 不同抗除草劑基因逃逸和疊加到雜草型油菜中 (Hall
et

a1.,2000)。

2雜交一漸滲與轉(zhuǎn)基因逃逸的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)
廣義的雜交(或天然雜交)可以理解為植物物種 或群體中任何有遺傳差異的個(gè)體之間通過傳粉受 精產(chǎn)生后代(雜種)的過程;漸滲(或遺傳漸滲)則可 以定義為基因或遺傳物質(zhì)通過群體中的雜種個(gè)體 與親本個(gè)體之間的回交而不斷在群體內(nèi)轉(zhuǎn)移的過 程。雜交的過程往往導(dǎo)致基因從一個(gè)物種或群體向 另一個(gè)物種或群體轉(zhuǎn)移;而漸滲過程往往導(dǎo)致群體 內(nèi)基因的不斷擴(kuò)散;ǚ劢閷(dǎo)的基因漂移與有性雜 交幾乎是同義詞,而轉(zhuǎn)基因逃逸的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也在很 大程度上取決于轉(zhuǎn)基因是否能夠通過有性雜交逃 逸到野生群體,并通過遺傳漸滲在野生群體中不斷 擴(kuò)散。因此,雜交一漸滲的進(jìn)化理論可以很好地指 導(dǎo)轉(zhuǎn)基兇逃逸及其潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的研究和預(yù)測體 系的建立。 通常,轉(zhuǎn)基因植物的外源基因通過天然雜交逃 逸到植物野生近緣種必須包括兩個(gè)重要的步驟:(1) 轉(zhuǎn)基因通過基因漂移(或天然雜交)逃逸到野生近緣 種的群體中;(2)轉(zhuǎn)基因通過遺傳漸滲在野生近緣種 群體中存留和擴(kuò)散。如果逃逸的轉(zhuǎn)基因能在野生近 緣種群體中正常表達(dá),而且能給野生近緣種的個(gè)體 帶來一定的適合度優(yōu)勢,那么轉(zhuǎn)基因便可以通過遺 傳漸滲在野生近緣種的群體中迅速擴(kuò)散;當(dāng)群體中 攜帶轉(zhuǎn)摹因的個(gè)體累積到一定頻率,就會(huì)對野生近 緣種的種群動(dòng)態(tài)和和進(jìn)化過程產(chǎn)生明顯影響(例如 形成入侵能力很強(qiáng)的雜草等),進(jìn)而帶來一定的生

flow)逃逸到野生

態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。這一過程與研究雜交一漸滲中確定雜交頻
率以及遺傳漸滲導(dǎo)致的適應(yīng)性進(jìn)化和物種形成的 內(nèi)容非常相似。因此,利用雜交一漸滲的進(jìn)化理論

近緣種群體,該群體就會(huì)逐漸遭到淘汰和消亡。 作物一雜草類型轉(zhuǎn)基因逃逸:轉(zhuǎn)基因從轉(zhuǎn)基因 作物向同一物種的雜草類型(如雜草稻和雜草型油 菜)逃逸,轉(zhuǎn)基因帶來的適合度優(yōu)勢則可能增強(qiáng)該 雜草類型的入侵和競爭能力,增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中

來指導(dǎo)轉(zhuǎn)基兇逃逸及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究,不僅可以
利用已有的進(jìn)化理論來解釋許多生態(tài)學(xué)現(xiàn)象(如種 群的入侵和滅絕),而且也可以為雜交一漸滲的研

萬方數(shù)據(jù)  

第4期

盧寶榮等:雜交—漸滲進(jìn)化理論在轉(zhuǎn)基岡逃逸及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和研究中的意義

367

究提供新材料和新方法。因?yàn)檠芯恳粋(gè)全新的轉(zhuǎn)基 因通過雜交一漸滲進(jìn)入植物自然群體之后,如何在 不同的環(huán)境條件下影響植物群體的群體動(dòng)態(tài)、生存 競爭能力、入侵能力以及進(jìn)化潛力,可以極大地豐 富雜交一漸滲理論的內(nèi)涵。 2.1雜交一漸滲及其進(jìn)化意義 雜交一漸滲是自然界生物種群在微觀水平上 進(jìn)化最常見的過程之一,在群體進(jìn)化過程中發(fā)揮著 非常重要的作用(Stewart
et

無論是上述哪一種效應(yīng),都與逃逸到野生群體 基岡所帶來的適合度有密切關(guān)系。具有適合度優(yōu)勢 的作物基因會(huì)迅速替代群體中的野生型基因,降低 野牛種群體的遺傳多樣性或提高入侵能力,從而導(dǎo) 致農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的雜草危害(Ellstrand
et

a1.,1999;

Andow&Zwahlen。2006)。來自栽培植物的基因(無 論是否屬于轉(zhuǎn)基因)通過天然有性雜交(或摹因漂 移)進(jìn)入野生近緣種的群體,并且通過遺傳漸滲在 野生群體內(nèi)或群體間進(jìn)行擴(kuò)散,會(huì)改變野生群體的 生存能力和入侵能力,進(jìn)一步導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因此, 我們必須明確這樣一個(gè)概念:轉(zhuǎn)基因逃逸導(dǎo)致牛態(tài) 風(fēng)險(xiǎn)的過程,也就是轉(zhuǎn)基因通過作物向其野生近緣 種或雜草類型進(jìn)行雜交一漸滲的過程。 2.2天然雜交與轉(zhuǎn)基因逃逸 雜交的經(jīng)典定義是不同物種或群體的個(gè)體之 間發(fā)生交配和受精的過程(Harrison,1990)。但是現(xiàn) 代生物學(xué)對雜交的定義更為廣泛,即任何具有明顯 遺傳差異的個(gè)體之間產(chǎn)生交配和受精的過程 (Rieseberg&Camey,1998)。雜交的結(jié)果將導(dǎo)致基因 在個(gè)體之間、群體之間以及物種之間不可逆轉(zhuǎn)的流 動(dòng)或轉(zhuǎn)移。在植物中;ǚ劢閷(dǎo)的轉(zhuǎn)基因逃逸是通 過轉(zhuǎn)基因植物與非轉(zhuǎn)基兇的植物品種以及野生近 緣種之間的自然雜交來實(shí)現(xiàn)的。但是轉(zhuǎn)基因逃逸到 野生近緣種或雜草群體后能否帶來生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),在很 大程度上取決于以下兩方面的因素。第一,轉(zhuǎn)基因 逃逸頻率的高低。大量轉(zhuǎn)基因不斷通過雜交轉(zhuǎn)移到 野生近緣種群體會(huì)產(chǎn)生所謂的湮沒效應(yīng),使單一基 因型取代群體中的多基因型或遺傳完整性,進(jìn)而導(dǎo) 致群體遺傳多樣性的喪失(Kiang
et

a1.,2003)。雜交一漸滲

的進(jìn)化意義主要包括以下幾個(gè)方面:(1)群體內(nèi)遺傳 多樣性的產(chǎn)生與維持;(2)適廊性進(jìn)化的產(chǎn)生及其在 群體中的轉(zhuǎn)移;(3)物種或群體中新生態(tài)型或新物種 的形成;(4)群體問原有的遺傳隔離被打破;(5)對物 種傳播和定居的促進(jìn)(Stewart
et et

a1.,2003;Campbell

a1.,2006)。由此可見,基因可以通過雜交一漸滲

從一個(gè)群體融入另外一個(gè)群體,并在該群體中存留 和擴(kuò)散。雜交一漸滲最顯著的進(jìn)化意義則是在不同 的環(huán)境條件下導(dǎo)致適應(yīng)性進(jìn)化的產(chǎn)生,提高并維持 物種或群體中遺傳多樣性的水平以及促進(jìn)群體中 新類型的形成。 雜交一漸滲對物種或群體進(jìn)化的促進(jìn)作用主 要包括以下幾個(gè)方面:(1)對自然群體的遺傳同化作 用;(2)對自然群體的湮沒效應(yīng);(3)對自然群體的選 擇性剔除(selective sweep)效應(yīng)。這些效應(yīng)均會(huì)導(dǎo)致 野牛自然群體及其動(dòng)態(tài)發(fā)牛明顯的改變。以栽培作 物及其野牛近緣種群體為例。通過基兇漂移或天然 雜交,大量的作物基因可以轉(zhuǎn)移到野生種群體,并 通過遺傳同化作用而不斷取代野生種的等位基因, 導(dǎo)致群體中遺傳多樣性的逐漸降低甚至喪失(Wolf
et

a1.,1979),潛在

a1.。2001:Andow&Zwahlen,2006)。當(dāng)作物不斷

風(fēng)險(xiǎn)加大。第二,轉(zhuǎn)基因是否會(huì)改變野生近緣種或 雜草群體的適合度。適合度決定轉(zhuǎn)基岡在野生或雜 草群體中的遺傳漸滲和擴(kuò)散速度,如果轉(zhuǎn)基因能為 野生和雜草個(gè)體帶來明顯的適合度優(yōu)勢,即使其逃 逸的頻率很低。也會(huì)在群體中快速地?cái)U(kuò)散開來。因 此,研究轉(zhuǎn)基兇逃逸及其潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵 在于研究相關(guān)植物的自然雜交以及繁殖生物學(xué)基 礎(chǔ)。 天然雜交的成功與否和雜交頻率的高低,在很 大程度上取決于一系列生物學(xué)和物候?qū)W兇素。從生 物學(xué)的因素來看。植物個(gè)體之間天然雜交受其交配 系統(tǒng)、異交率、雜交親和性以及花粉競爭等的影響。 如果相關(guān)植物屬于異花傳粉植物,花粉量很大,異

向野生群體進(jìn)行循環(huán)性基兇漂移,遺傳|一化作用將 更為顯著。對野生群體遺傳多樣性的改變也就更劇 烈。群體的湮沒效應(yīng)表現(xiàn)為當(dāng)作物與其野生近緣種 雜交后代的適合度低于其野生親本時(shí),連續(xù)的雜交 和漸滲過程就導(dǎo)致該野生群體的規(guī)模逐漸變小,甚 至威脅到該野生群體的生存(Ellstrand&Elam,
1993;Levin&Smith,1996;Andow&Zwahlen,

2006)。選擇性剔除效應(yīng)則是指重組到野生近緣種群 體基因組上的作物基因及其相連鎖的其他基因,在 自然界中負(fù)向選擇(negative selection)的作用下,遺 傳多樣性在基因組水平上下降或被剔除的現(xiàn)象 (Wang
et

a1.,1999;Palaisa et

a1.,2004;Lu,2008)。

萬方數(shù)據(jù)  

368

生物多樣性Biodiversity

Science

第17卷

交率較高,而且植物個(gè)體之間的雜交親和力很強(qiáng), 花粉受體和供體之間不存在明顯的花粉競爭和授 粉選擇,那么天然雜交很容易發(fā)生,花粉介導(dǎo)的基 因很容易逃逸到野生近緣種和雜草群體中去 (Rieseberg&Carney,1998)。反之,如果是嚴(yán)格的自 花授粉植物,花粉量很小,天然雜交較少發(fā)生,而 由花粉介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因逃逸也就較少發(fā)生。例如像水 稻和大豆這樣的嚴(yán)格自交植物,轉(zhuǎn)基因逃逸的頻率 就相對較低(Song
et

基兇組之間要有較高的|一源性和較高的遺傳重組 率,從而保證外來基因整合到野牛物種的基岡組 中。如果外來基因所在的基因組不能與野生物種基 因組產(chǎn)生交換,或者即使能產(chǎn)生交換但外來基兇由 于與不育基因緊密連鎖,遺傳漸滲也很難發(fā)牛。第 三。由雜交產(chǎn)牛的、包含外來基兇的雜種個(gè)體或回 交個(gè)體必須有較高水平的育性以及正常的牛長繁 殖能力,以確保外來基因能夠正常傳遞下去。如果 包含外來基因的雜交或回交后代完全不育或育性 較低,則外來基因很難通過遺傳漸滲在野牛群體中 傳遞和擴(kuò)散。在滿足了上述幾個(gè)關(guān)鍵條件之后,外 來基因的適合度就成了影響其在野生群體中能否 產(chǎn)生遺傳漸滲,以及影響其漸滲和擴(kuò)散速率的另一 關(guān)鍵岡素。外來基囚如果能給攜帶該基因的野生個(gè) 體帶來明顯的適合度優(yōu)勢,那么外來基因在群體中 漸滲和擴(kuò)散的速度就會(huì)加快,從而對野生群體的進(jìn) 化過程產(chǎn)牛顯著影響。 2.4轉(zhuǎn)基因帶來的進(jìn)化潛力決定其環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) 要對轉(zhuǎn)基因逃逸的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià),就 必須明確轉(zhuǎn)基因逃逸帶來的危害性以及危害發(fā)生 的可能性。在自然選擇作用下,適合度越高的基因 型或個(gè)體,向后代傳遞自身基因的能力也越強(qiáng)。對 個(gè)體適合度提高作用較大的基因往往在后代群體 中的頻率變化也比較快,其基因頻率在群體中固定 所需的時(shí)間也較短(Haygood
et et

a1.,2003;Chen

et

a1.,2004;

Rong et a1.,2005;Mizuguti et

a1.,2009)。

從非牛物學(xué)的岡素來看,天然雜交是否發(fā)生以 及雜交頻率的高低也要受植物群體的空間分布(至 少在花粉介導(dǎo)的基因漂移范圍之內(nèi)),可雜交群體 之間的開花期(一年之內(nèi))和開花時(shí)(一天之內(nèi))是否 有暈疊,傳粉的媒介是否存在,以及風(fēng)力、風(fēng)速、 日照和空氣濕度等物候?qū)W因素的影響。因此。轉(zhuǎn)基 因逃逸及其頻率的確定是非常復(fù)雜的過程。 2.3遺傳漸滲與轉(zhuǎn)基因在野生群體中的擴(kuò)散 遺傳漸滲是物種形成和適應(yīng)性進(jìn)化的一個(gè)非 常重要的過程(Rieseberg&Carney,1998)。漸滲的傳 統(tǒng)定義是通過叫交導(dǎo)致雜種中的基因在不同物種 和群體之間進(jìn)行傳遞的過程,即某物種或群體中個(gè) 體的任何基因一旦通過雜交而轉(zhuǎn)移到另一群體的 個(gè)體中,通常認(rèn)為必須有回交過程才可能導(dǎo)致漸滲 的發(fā)生。雖然現(xiàn)代的廣義遺傳漸滲概念中沒有特別 強(qiáng)調(diào)回交作用,但是離開交配和有性生殖的過程, 漸滲將無法產(chǎn)生,基因也無法在群體中傳遞和擴(kuò) 散。因此,我們可以將漸滲理解為基兇通過有性生 殖過程在不同生物中或群體之間的傳播和擴(kuò)散過 程。以轉(zhuǎn)基因植物的外源基因逃逸為例,外源基因 通過花粉介導(dǎo)的基因漂移轉(zhuǎn)移劍野生近緣種的群 體,并通過遺傳漸滲在野生近緣種的群體中進(jìn)一步 傳播和擴(kuò)散,能改變野生近緣種個(gè)體適合度的轉(zhuǎn)基 因便能夠影響其在自然群體中的擴(kuò)散和傳播速度, 從而導(dǎo)致不同的生態(tài)后果,如形成難以控制的農(nóng)田 雜草。 一個(gè)外來基因(in轉(zhuǎn)基岡)轉(zhuǎn)移到野生群體之后 是否能夠成功進(jìn)行遺傳漸滲,要取決于以下幾個(gè)方 面的因素。第一。轉(zhuǎn)基岡必須通過染色體的配對和 交換暈組(整合)到野牛物種的遺傳背景中,否則就 會(huì)在自然選擇的作用下丟失(Barton&Hewitt, 1985)。第二,外來基因所在的基因組與野生物種的

a1.,2003;Hooftman

a1..2008)。轉(zhuǎn)基因一旦逃逸到野生近緣種的白然

群體中而又能夠帶來較高的適合度利益,則有利于 該轉(zhuǎn)基因在野生群體中迅速擴(kuò)散,加速漸滲的遺傳 同化和湮沒作用并帶來不可預(yù)測的生態(tài)后果
(Gueritaine
et

a1.,2002;Chen et

a1.2006)。因此,轉(zhuǎn)

基因影響進(jìn)化的潛力越大(即造成個(gè)體適合度變化 越大),對野生種群體或雜草群體帶來的風(fēng)險(xiǎn)也越 大。如果轉(zhuǎn)基因能較大程度地影響野生或雜草群體 的進(jìn)化潛力,當(dāng)它們向這些群體逃逸時(shí),就會(huì)增大 其形成入侵雜草的町能性,從而對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的 產(chǎn)生危害(Eiistrand
et

a1.,1 999;Andow&Zwahlen,

2006),也可能導(dǎo)致這些雜草入侵新的生態(tài)環(huán)境。而 當(dāng)這些能夠影響進(jìn)化潛力的轉(zhuǎn)基因向野生群體逃 逸時(shí),含轉(zhuǎn)基因的雜種個(gè)體可能快速擴(kuò)散而取代原 來的野生群體,威脅到該野生群體的生存(Ellstrand
&Elam,1993;Levin
et

a1.,1996)。因此,評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因

逃逸及其牛態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)重要方面。就是要考察該

萬方數(shù)據(jù)  

第4期

盧寶榮等:雜交—漸滲進(jìn)化理論存轉(zhuǎn)基因逃逸及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和研究中的意義

369

轉(zhuǎn)基因可能帶來的進(jìn)化潛力。

放和大規(guī)模商品化種植僅有十余年的歷史(James。 2008),不少的研究已發(fā)現(xiàn),農(nóng)作物中不同類型的轉(zhuǎn) 基因已經(jīng)通過基因漂移或天然雜交逃逸到了野生 近緣種或雜草物種的群體中(Hall
Reichman
et et

2.5雜交一漸滲理論與轉(zhuǎn)基因逃逸的環(huán)境安全評(píng)價(jià)
雜交一漸滲包括兩個(gè)重要過程,即外源基因通 過有性雜交從一個(gè)植物群體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)群體,外 源基因通過遺傳漸滲在植物群體中傳遞和擴(kuò)散。因 此。雜交一漸滲研究最關(guān)心的問題足基因通過有性 雜交而改變轉(zhuǎn)移的規(guī)模(頻率),基岡通過遺傳漸滲 在植物群體中擴(kuò)散的速度(速率),影響有性雜交頻 率和基因漸滲速率的生物學(xué)、遺傳學(xué)和環(huán)境因素, 以及基兇如何通過雜交一漸滲最終影響植物群體 的進(jìn)化潛力和命運(yùn)。上述問題同時(shí)也是轉(zhuǎn)基因逃逸 及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的核心問題。按照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基本 原則,任何風(fēng)險(xiǎn)的大小為相關(guān)事件的危害性 (hazard)與發(fā)生這種危險(xiǎn)性事件的概率(exposure)的 函數(shù),即風(fēng)險(xiǎn)(%)=危險(xiǎn)性×發(fā)生概率(%)。對于轉(zhuǎn)基 因逃逸及其環(huán)境生態(tài)后果而言,風(fēng)險(xiǎn)則是由轉(zhuǎn)基因 逃逸的可能性(發(fā)生概率)和逃逸的轉(zhuǎn)基因是否會(huì)對 環(huán)境有危害以及危害的程度來共同決定。其中轉(zhuǎn)基

a1.。2000;

aL,2006;Warwick

el

a1.,2008)。鑒于轉(zhuǎn)

基因作物與其野生近緣種之間的基因漂移頻率是 決定轉(zhuǎn)基因逃逸及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大小的關(guān)鍵,因此轉(zhuǎn) 基因逃逸頻率的檢測是進(jìn)行轉(zhuǎn)基因植物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 的首要任務(wù)。 轉(zhuǎn)基因逃逸的檢測大致可以從4個(gè)方面入手: (1)研究花粉漂移及其時(shí)空分布,確定轉(zhuǎn)基因逃逸的 可能性及其空間范圍(Timmons
a1.,2004a;Pasquet et
et

a1.,1995;Song et

a1.,2008);(2)研究栽培植物與

野生近緣種群體問的雜交親和性,探討轉(zhuǎn)基因逃逸 的生物學(xué)基礎(chǔ)(Lefol
2008;Ureta
et el

a1.,1996;Loureiro el a1.,
et

a1.,2008;Darmency

a1.,2009);(3)

借助特殊形態(tài)性狀或分子標(biāo)記,在受控的實(shí)驗(yàn)條件 下或自然環(huán)境中研究栽培植物與野牛近緣種群體 間的異交率,確定基因漂移頻率(Arriola&Ell—
strand,1997;Rieseberg et a1.,1999;Song et a1.,2003; Chen et a1.,2004;Halsey et at,2005;Ford et a1., 2006;Fenaa el a1.,2007;Loureiro et a1.,2008; Devaux et

因逃逸的可能性是由花粉介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因植物向受
體植物群體(栽培稻物種或野生近緣種)進(jìn)行基兇漂 移的頻率來決定;而危害性則是由轉(zhuǎn)基因是否能在

野牛群體中發(fā)生遺傳漸滲,進(jìn)而改變野生群體進(jìn)化
潛力和入侵能力來共同決定。 顯然,雜交一漸滲研究和轉(zhuǎn)基因逃逸生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) 評(píng)價(jià)的主要問題在很人程度上具有共同之處。因此 對轉(zhuǎn)基因逃逸及其環(huán)境牛物安全的科學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)該 以雜交一漸滲的進(jìn)化理論和思想為指導(dǎo),研究外源 基因通過轉(zhuǎn)基因植物向野生群體產(chǎn)生基因漂移的 頻率,及其在野生群體中的存留和擴(kuò)散速率,對野 生群體進(jìn)化潛力和入侵能力的改變,并在此基礎(chǔ)上 對特定的轉(zhuǎn)基因逃逸帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評(píng) 價(jià)。

a1.,2008);(4)以轉(zhuǎn)基因?yàn)楹Y選標(biāo)記,研究

外源基因從轉(zhuǎn)基因作物向其非轉(zhuǎn)基因親本或野生 近緣種群體逃逸的頻率(Chen
guer
et et

a1.,2004;Messe.

a1.,2004;Rong

et

a1.,2005,2007)(表1)。上述

各研究表明在不同的實(shí)驗(yàn)條件下,不同物種的基因 漂移頻率存在很大差異(Messeguer
Rong
et et

a1.,2003;

a1.,2007;Mallory-Smith&Zapiola,2008),

這與研究對象的生物學(xué)特性(特別是交配系統(tǒng)、傳粉 方式、物種間的親緣關(guān)系、雜交親合性和花粉競爭 等)以及環(huán)境和物候?qū)W因子有密切的關(guān)系。我們可以 依據(jù)這些研究結(jié)果,對轉(zhuǎn)基因逃逸的風(fēng)險(xiǎn)作出初步 判斷。例如,轉(zhuǎn)基因從甘藍(lán)型油菜(Brassica napus)

3轉(zhuǎn)基因逃逸及其環(huán)境生物安全的研究與 評(píng)價(jià)
3.1轉(zhuǎn)基因逃逸及其檢測 轉(zhuǎn)基因逃逸及其環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的第一步 是研究轉(zhuǎn)基因是否通過花粉介導(dǎo)的基因漂移(天然 雜交)進(jìn)入作物的近緣野生種或雜箏群體。對全世界 13種最重要作物的研究表明,至少有7種作物能與 其野生近緣種或雜草類型發(fā)生天然雜交和遺傳漸 滲(Ellstrand
el

向野牛白菜型油菜(君。rapa)逃逸的風(fēng)險(xiǎn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于
向野生蘿卜(Raphanus raphan&trum)和野芥(Sinapis

arvens如)等親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的物種(Warwick

et

a1.,

2003)。同樣,轉(zhuǎn)基因從栽培稻向普通野牛稻逃逸的 頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于向雜草稻和菲轉(zhuǎn)基因栽培稻的頻 率,因?yàn)樵耘嗟九c普通野生稻親緣關(guān)系較近,而且 普通野牛稻的異交率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于栽培稻和雜草稻 (Song
et

aL,1999)。雖然轉(zhuǎn)基因作物的環(huán)境釋

a1.,2003;Rong et

a1.,2004,2005;Wang

萬方數(shù)據(jù)  

370

生物多樣性Biodiversity
Science

第17卷

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萬方數(shù)據(jù)  

第4期

盧寶榮等:雜交一漸滲進(jìn)化理論在轉(zhuǎn)基因逃逸及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和研究中的意義

371

表2抗病蟲和抗除草劑轉(zhuǎn)基因在人工雜交后代(包括Fl及其自交和回交后代)中對群體適合度的影響 Table 2 Impact of insect and disease resistance,and herbicide tolerance transgenes tO fitness of artificial hybrid and progeny
Iations

popu-

Pf

al一2006)。 由于影響轉(zhuǎn)基因逃逸的生物學(xué)和環(huán)境岡素眾

險(xiǎn)。 目前有很多以適合度為切入點(diǎn)的研究,但由于 將轉(zhuǎn)基因移入野生群體有一定的難度和風(fēng)險(xiǎn),這些 研究通常暫不考慮轉(zhuǎn)基因的效應(yīng),而只是將分析的 目標(biāo)集中于研究作物與野生近緣種雜交或回交后 代的適合度變化,并以此來推測作物基因(包括轉(zhuǎn) 基因)在自然群體中存留和擴(kuò)散的可能性(Snow
et

多,近年來越來越多的學(xué)者希望通過建立數(shù)學(xué)模型 來準(zhǔn)確預(yù)測轉(zhuǎn)基因逃逸(Yao
et et

a1..2008;Darmency

a1.,2009;Richter,2009),使基因漂移的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

具有更廣泛的應(yīng)用意義。在轉(zhuǎn)基因逃逸的預(yù)測中, 將影響基兇漂移的各參數(shù)和影響因子導(dǎo)入模型進(jìn) 行分析,可以在更廣泛的范圍以及變化的自然環(huán)境 中對轉(zhuǎn)基因逃逸的規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。例如,研 究人員將水稻的基因漂移與花粉漂移關(guān)聯(lián)起來,發(fā) 現(xiàn)當(dāng)平均隔離距離超過139 m時(shí),才能保證轉(zhuǎn)基因 逃逸到普通野生稻的頻率小于0.1%(Yao 置安全隔離的實(shí)際距離(Yao
et

a1.,1 998;Song et a1.,2004b;Allainguillaume et a1.,

2006;Campbell

et

a1.,2006;Mercer

et

a1.,2007)。在

絕大多數(shù)情況下。轉(zhuǎn)基兇是伴隨作物基因一起進(jìn) 入野生群體的。轉(zhuǎn)基因所在的基因組以及與轉(zhuǎn)基 因緊密連鎖的基因,都會(huì)影響到轉(zhuǎn)基因在野生群 體中的傳播和擴(kuò)散。作為重要的橋梁,作物和野 生近緣種的雜種F.代對于基因向野生群體的進(jìn)一 步漸滲具有重要意義,因此對雜種F1相對適合度 的研究顯得尤為重要。通常。這方面的研究得出 了兩大類結(jié)果。第一,與野生親本相比,作物與野 生近緣種之間的雜交會(huì)造成雜種F.適合度的下降 (Snow
et

a1.,

2008)。模型還計(jì)算了在不同地區(qū)和環(huán)境條件下設(shè)
et

a1.,2008;

Rong

et.

口,.,未發(fā)表資料),為轉(zhuǎn)基因水稻的商品化生產(chǎn)和轉(zhuǎn) 基因逃逸的風(fēng)險(xiǎn)管理提供了技術(shù)平臺(tái)和理論依據(jù)。 3.2轉(zhuǎn)基因及其對適合度影響的研究 轉(zhuǎn)基因逃逸及其潛在生態(tài)后果風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的第 二步是研究轉(zhuǎn)基因?qū)σ吧螂s草個(gè)體適合度帶來 的影響。如果逃逸的轉(zhuǎn)基因?qū)σ吧螂s草個(gè)體的適 合度沒有任何影響,則轉(zhuǎn)基因可能不會(huì)明顯改變作 物與其野生近緣種群體的遺傳漸滲過程,那么在低 頻率逃逸的情況下,該轉(zhuǎn)基因不足以導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)

a1..1 998;Spencer&Snow,2002;Gu6ritaine
et

甜a1.,2002;Allainguillaume

a1.,2006;Mercer

et

a1.,2007),究其原兇,可能是由于作物親本與野生 近緣種之間存在一定的遺傳障礙(genetic barrier), 種間雜交導(dǎo)致雜種的育性降低,從而降低了雜交后

萬方數(shù)據(jù)  

372

生物多樣性Biodiversity

Science

第17卷

代的適合度,不利于轉(zhuǎn)基因在野生近緣種群體中的 進(jìn)一步漸滲和擴(kuò)散。不過也有一些跟蹤研究表明, 雖然最初幾代的雜交或回交后代在適合度上不如 其野生親本。但它們的育性以及適合度呵以隨著世 代的增加而逐漸有所恢復(fù)(Snow
Campbell
et et

作物和野生種的雜交個(gè)體的適合度有明顯影響 (Kumar
et

a1.,2008)。其原因可能是由于在實(shí)驗(yàn)中
et

都沒有設(shè)置適宜的選擇壓(Snow

a1.,1 999;Burke

&Rieseberg,2003;Zhang et a1.,2003;Guadagnuolo
et

a1.,1999;

a1.,2006)。因此,對于轉(zhuǎn)基因是否會(huì)改變野生近

a1.,2006;Erickson&Fenster,2006)。第

緣種適合度的問題,還需要繼續(xù)進(jìn)行更多的研究和 探索。 3.3轉(zhuǎn)基因在自然群體的遺傳漸滲 即使了解了轉(zhuǎn)基兇逃逸的頻率及其對野生近 緣種適合度的影響,對轉(zhuǎn)基因逃逸可能帶來的生態(tài) 風(fēng)險(xiǎn)做出準(zhǔn)確預(yù)測仍然非常困難,因?yàn)槭懿煌h(huán)境 條件的影響以及野生近緣種遺傳背景的影響,預(yù)測 逃逸后的轉(zhuǎn)基因在野生群體中的進(jìn)化趨勢非常復(fù) 雜,還必須對轉(zhuǎn)基因在自然群體(或模擬實(shí)驗(yàn)群體) 中的遺傳漸滲過程進(jìn)行跟蹤監(jiān)測,包括:(1)分析轉(zhuǎn) 基因在群體不同世代問的遺傳規(guī)律(包括轉(zhuǎn)基因在 雜種后代中的分離比例及其影響因素);(2)在自然 環(huán)境條件下,連續(xù)跟蹤和監(jiān)測不同世代的野生群體 中含轉(zhuǎn)基岡雜種個(gè)體的頻率和分布,如凋查包含轉(zhuǎn) 基岡的Fl、F2代、F3、BCl和BC2代等個(gè)體所占的比 例。 研究轉(zhuǎn)基兇在雜種世代問的遺傳規(guī)律,是研究 轉(zhuǎn)基因?qū)m合度影響的進(jìn)一步延續(xù),兇為適合度會(huì) 影響到轉(zhuǎn)基因在不同世代群體中的頻率。目前只有 少數(shù)研究報(bào)道了單個(gè)雜交或回交世代的實(shí)驗(yàn),以及 轉(zhuǎn)基因在各世代實(shí)驗(yàn)群體中的分離規(guī)律(Metz
et

二,有一些研究則顯示,作物與其野生近緣種的雜 交F1代在適合度上與親本基本一致(Arriola&E11.
strand,1997;Song et

a1.,2004b),甚至在某砦雜交組

合@(Campbell

et

a1.,2006),雜種個(gè)體在個(gè)別繁殖
et

性狀上表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(Hauser
et

a1.,l 998;Song

a1.,2004b),有利于轉(zhuǎn)基岡在野生群體中進(jìn)一步

產(chǎn)生遺傳漸滲,即使轉(zhuǎn)基兇在自然環(huán)境中沒有明顯 的選擇優(yōu)勢。轉(zhuǎn)基兇的頻率也會(huì)岡循環(huán)性基因漂移 而逐漸增加。 隨著更多轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境釋放,越來越多的

研究開始考察轉(zhuǎn)基因?qū)σ吧鷤(gè)體適合度產(chǎn)生的影
響。轉(zhuǎn)基因是否會(huì)影響野生個(gè)體的適合度取決于其 能否在自然群體中正常表達(dá),因此研究轉(zhuǎn)基兇在野 生個(gè)體和群體中的表達(dá)及其遺傳規(guī)律也成為轉(zhuǎn)基 因逃逸及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一個(gè)重要方面(Halfhill
甜a1.,2003;Zhu
et et

a1.,2004;Lu&Snow,2005;Xia

a1.,2009)。到目前為止,關(guān)于轉(zhuǎn)基因逃逸后能否

在野牛群體中進(jìn)行正常表達(dá)的研究并不多,大多數(shù) 已有的研究結(jié)果均表明,轉(zhuǎn)基因能夠在作物和野生 近緣種的雜交和凹交后代中正常表達(dá)(Metz
et

a1.,

a1.,

1997;Halfhill et a1.,2003;Zhu et a1.,2004;Shen et a1.,2006;Xia
et

1 997;Snow et a1.,1 999;Oard et a1.,2000;Zhang et

a1.,2009),而這些轉(zhuǎn)基因?qū)τ谝吧?br />
a1.,2003;Warwick

et

a1..2008)。大多數(shù)研究結(jié)果都

近緣種的適合度的貢獻(xiàn)表現(xiàn)不同(表1),包括:(1)在 一定的選擇壓下。轉(zhuǎn)基兇能明顯提高野生個(gè)體的適 合度(Snow
et

表明轉(zhuǎn)基因的分離規(guī)律符合孟德爾遺傳定律(Snow
et

a1.,1999;Zhang et

a1.,2003;Warwick

et

a1.,

a1.,2003;Vacher
et

et

a1.,2004);(2)在沒
a1.,2003;

2008)。但是也有少數(shù)研究表明,某些轉(zhuǎn)基岡在作物 與野生近緣種的雜交后代中的分離偏離了孟德爾 規(guī)律(Metz
et

有選擇壓(Snow

a1.,1999;Zhang et

Halflaill et a1.,2005;Guadagnuolo et

a1.,2006)或者選

a1.,1 997;Snow et a1.,1 999;Oard et a1.,

擇壓不足的條件下(Burke&Rieseberg,2003),轉(zhuǎn)基 因?qū)σ吧鷤(gè)體的適合度沒有明顯的影響;(3)無論有 無自然選擇壓,轉(zhuǎn)基因均會(huì)降低野生個(gè)體的適合度 (Gueritaine
et

2000)。究其原因,可能是轉(zhuǎn)基因在雜種中的遺傳不 穩(wěn)定性(Oard
et

a1.,2000),或是某些雜交組合的回

交后代對含轉(zhuǎn)基因的配子或孢子具有選擇偏好 (Snow
et

a1.,2002)。有研究曾經(jīng)表明轉(zhuǎn)基因會(huì)
et

a1.。1999)。此外。某些轉(zhuǎn)基因會(huì)影響雄性
et

降低栽培物種個(gè)體的適合度(Jackson
Chen et

a1.,2004;

性狀(如花粉活力或育性)(Snow
aine et

a1.,1 999;Guerit—

a1.,2006),但這種適合度降低的現(xiàn)象,在不

a1.。2002),這也可能是影響轉(zhuǎn)基因偏態(tài)分離

含轉(zhuǎn)基兇的同種栽培物種與其野生物種的雜種個(gè) 體中卻未觀測到(Burl∞&Rieseberg,2003;Snow
et

的原因之一。 通過研究含轉(zhuǎn)基因個(gè)體在自然種群中不同的 世代分布規(guī)律,并結(jié)合轉(zhuǎn)基因?qū)Ω魇来m合度影響

a1.,2003)。目前大多數(shù)實(shí)驗(yàn)都沒有檢測到轉(zhuǎn)基岡對

萬方數(shù)據(jù)  

第4期

盧寶榮等:雜交一漸滲進(jìn)化理論存轉(zhuǎn)基因逃逸及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和研究中的意義

373

的研究結(jié)果,可以探討不同世代含轉(zhuǎn)基兇雜交、回 交后代的個(gè)體在轉(zhuǎn)基岡漸滲中的作用,以便更可靠 地預(yù)測轉(zhuǎn)基岡遺傳漸滲的過程。通過對自然野生群 體中轉(zhuǎn)基岡頻率的變化和動(dòng)態(tài)進(jìn)行持續(xù)的跟蹤調(diào) 查,最終了解轉(zhuǎn)基兇的頻率在群體內(nèi)的世代問的變 化規(guī)律。這樣的研究不僅可以直接了解轉(zhuǎn)基因在野 生群體中的進(jìn)化潛力,而且還能將在此之前獲得的 各類數(shù)據(jù)(如基兇漂移、適合度和遺傳規(guī)律的數(shù)據(jù)) 結(jié)合到一起,從而達(dá)到全面和正確了解轉(zhuǎn)基岡逃逸 和遺傳漸滲的過程以及帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。但是.目 前只有對單一世代或者少數(shù)幾個(gè)世代觀測結(jié)果的 零星報(bào)道(Warwick
et

答以下幾個(gè)問題:(1)轉(zhuǎn)基因會(huì)不會(huì)從作物向其野生 近緣種或雜爭種發(fā)生逃逸?(2)轉(zhuǎn)基因會(huì)不會(huì)影響 野生近緣種/雜草自然群體的遺傳漸滲過程,從而 導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)?(3)轉(zhuǎn)基兇逃逸如果可能帶來生態(tài) 風(fēng)險(xiǎn),其危害有多大?出現(xiàn)明顯的危害需要多長的 時(shí)間?

問題(1)和(2)可以通過實(shí)驗(yàn)研究轉(zhuǎn)基因逃逸頻
率和轉(zhuǎn)基兇對野牛群體適合度的影響來回答。但是 對問題(3)的回答,僅靠實(shí)驗(yàn)生物學(xué)的研究方法是不 夠的,必須借助生物數(shù)學(xué)模型的方法對未來的情形 進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬(Hooftman
et

a1.,2008)。目前,越來

a1.,2008),可直接利用于環(huán)境

越多的研究涉及到利用模型來預(yù)測轉(zhuǎn)基因逃逸及 其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(Wolf
et

生物安全評(píng)價(jià)的成果非常有限,兇此。對連續(xù)多世 代之間的轉(zhuǎn)基兇頻率變化與分布規(guī)律還有待于進(jìn) 一步研究。

a1.,200 1;Haygood et a1.,

2003;Thompson et a1.,2003;Hooftman et

a1.,2008),

也有一些研究涉及轉(zhuǎn)基兇作物的雜草化(weediness) 以及這些雜草群體在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中動(dòng)態(tài)變化的 模型模擬(Claessen
et

4展望
在2008年11月丁新西蘭惠靈頓召開的第10屆 國際轉(zhuǎn)基因生物安全大會(huì)上,提出了目前牛物安全 研究的八大科學(xué)問題,其中轉(zhuǎn)基兇逃逸、遺傳漸滲、 轉(zhuǎn)基岡的適合度和生物入侵都是重要組成部分。轉(zhuǎn) 基岡逃逸及其環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)包括了一系列霞要的 自然過程,OH:花粉介導(dǎo)的基因漂移、轉(zhuǎn)基因在野 生近緣種群體中的遺傳漸滲、轉(zhuǎn)基因?qū)σ吧壏N 群體適合度的影響以及相關(guān)的入侵性變化等。通過 多年的研究,科學(xué)家對花粉介導(dǎo)的基因漂移以及相 關(guān)遺傳漸滲過程已經(jīng)有了更深入的理解。大量研究 資料表明,許多栽培作物與其野生近緣種(包括同 種的雜草類型)之間都存在著不|一程度的有性雜交, 轉(zhuǎn)基岡可以通過有性雜交從栽培作物逃逸到野生 近緣種及其同種的雜草類型中。但是轉(zhuǎn)基因逃逸是 否會(huì)造成環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)取決于轉(zhuǎn)基因逃逸的頻率以及 轉(zhuǎn)基因在野生近緣種群體中的存留和遺傳漸滲的 程度,以及轉(zhuǎn)基因改變野生近緣種入侵能力的程

a1.,2005)。這些模型將轉(zhuǎn)基兇

漂移的頻率和適合度變化值作為重要的分析參數(shù), 結(jié)合群體遺傳學(xué)的基本理論進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測,取得了 非常有意義的成果。例如Thompson等(2003)以蕓苔 屬(Brassica)和棉屬(Gossypium)植物為材料,以實(shí) 驗(yàn)中獲得的適合度數(shù)據(jù)為參數(shù)來構(gòu)建模型,模擬結(jié) 果顯示,轉(zhuǎn)基岡向野生群體的雜交一漸滲是完全可 能發(fā)生的。Hooftman等(2008)通過模擬表明,理論 上在基岡的雜交一漸滲過程中,連續(xù)多世代的雜交 和凹交對后代的適合度變化起著重要作用,這些作 用超過了基因漂移對雜交一漸滲的影響。這一研究 結(jié)果提示我們,在進(jìn)行轉(zhuǎn)基因逃逸及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng) 價(jià)時(shí),必須對雜種的適合度變化進(jìn)行長期考察,而 不僅限于研究一代或幾代雜種的適合度變化。此外, 根據(jù)Haygood等(2003)的模型,連續(xù)的基岡漂移才 是轉(zhuǎn)基因成功進(jìn)行雜交一漸滲的關(guān)鍵,只要基兇漂 移連續(xù)發(fā)生,即使某些劣勢基因也能在野生群體中 固定下來。漸滲模型的優(yōu)勢在于只要給定了基因漂 移的頻率(%)和轉(zhuǎn)基因?qū)m合度影響的值,如適合 度的增加(+值)、適合度的降低(一值)或無影響(0值), 該模型就能通過計(jì)算來預(yù)測轉(zhuǎn)基因在野生群體中 達(dá)到足以引起生態(tài)后果的頻率時(shí)所需要的時(shí)間,從 而對轉(zhuǎn)基因逃逸及其環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的決策提 供指導(dǎo)。 但足對某一特定的轉(zhuǎn)基因作物而言,大多數(shù)模 型都無法對轉(zhuǎn)基兇逃逸的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行具有實(shí)際意義

度,而這又取決于野生物種的繁育系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)基因
對野生近緣種適合度的影響。 轉(zhuǎn)基因逃逸并導(dǎo)致環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的過程也是 轉(zhuǎn)基因向自然野生群體進(jìn)行遺傳漸滲并引起群體 進(jìn)化發(fā)生改變的過程。因此,要預(yù)測和評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因 逃逸帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也就是要揭示轉(zhuǎn)基因向野生 群體逃逸并在群體中的進(jìn)化過程,這是一個(gè)相對復(fù) 雜的、系統(tǒng)的科學(xué)問題。在研究過程中我們必須回

萬方數(shù)據(jù)  

374

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風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型最重要的參數(shù),必須通過一定規(guī)模的
實(shí)驗(yàn)獲得不同植物轉(zhuǎn)基因逃逸的準(zhǔn)確頻率,參考已 有的基兇漸滲模型并結(jié)合實(shí)驗(yàn)生物學(xué)的方法。獲得 含轉(zhuǎn)基兇的不同世代的雜交、回交個(gè)體的相對適合 度,測定轉(zhuǎn)基兇對個(gè)體適合度的影響:(2)在自然環(huán) 境中構(gòu)建野外實(shí)驗(yàn)群體,跟蹤和檢測轉(zhuǎn)基因在各實(shí) 驗(yàn)群體不同世代中的頻率變化和各世代含轉(zhuǎn)基因 個(gè)體的分布;(3)根據(jù)牛態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)的基本理

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數(shù)學(xué)模犁;(4)將不同環(huán)境條件下通過實(shí)驗(yàn)獲得的基 因漂移、適合度及其他相關(guān)參數(shù)引入模型,通過模 型預(yù)測結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測結(jié)果的比較和擬合,對模型 進(jìn)行校正,使理論與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果趨于一致;(5)利用

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雜交-漸滲進(jìn)化理論在轉(zhuǎn)基因逃逸及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和研究中 的意義
作者: 作者單位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次數(shù): 盧寶榮, 夏輝, 楊簫, 金鑫, 劉蘋, 汪魏, Bao-Rong Lu, Hui Xia, Xiao Yang, Xin Jin, Ping Liu, Wei Wang 復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生態(tài)與進(jìn)化生物學(xué)系,教育部生物多樣性與生態(tài)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 ,200433 生物多樣性 BIODIVERSITY SCIENCE 2009,17(4) 13次

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本文讀者也讀過(4條) 1. 楊志松.劉迺發(fā).YANG Zhi-song.LIU Nai-fa 漸滲雜交的研究進(jìn)展及其理論實(shí)踐意義[期刊論文]-四川動(dòng)物

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引證文獻(xiàn)(13條) 1.賀娟.朱威龍.朱家林.潘李隆.張青文.劉小俠 風(fēng)、蜜蜂因素對轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花花粉介導(dǎo)的基因漂移的影響[期 刊論文]-棉花學(xué)報(bào) 2013(5) 2.曹立超.樊雙虎.張春義.陳茹梅 大芻草漸滲系雌穗表型統(tǒng)計(jì)及SNP分子標(biāo)記開發(fā)[期刊論文]-種子 2014(4) 3.盧寶榮 轉(zhuǎn)基因玉米花粉引起的環(huán)境生物安全憂慮[期刊論文]-科學(xué) 2011(4) 4.趙宗潮.郭維維.蘇營.陳法軍 轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米花粉漂移擴(kuò)散頻率與距離[期刊論文]-生態(tài)學(xué)雜志 2013(11) 5.盧宗志.江曉東.張明.宋新元.劉娜.邵改革.鄭建波.胡繼超.胡凝.姚克敏.馮芬芬 玉米花粉擴(kuò)散頻率及距離研究 [期刊論文]-玉米科學(xué) 2012(2) 6.蘇軍.張高陽.余文杰.宋輝 轉(zhuǎn)CrylAc/CpTI栽培稻外源基因滲入普通野生稻中可穩(wěn)定的遺傳和表達(dá)[期刊論文]-分 子植物育種 2012(1) 7.韋祖生.田益農(nóng).馬崇熙 作物基因漂移研究綜述[期刊論文]-現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2011(13) 8.朱家林.賀娟.牛建群.張青文.劉小俠 風(fēng)向因素對轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花基因漂移效率的影響[期刊論文]-生態(tài)學(xué)報(bào) 2013(21) 9.王磊.楊超.盧寶榮 利用決策樹方法建立轉(zhuǎn)基因植物環(huán)境生物安全評(píng)價(jià)診斷平臺(tái)[期刊論文]-生物多樣性 2010(3) 10.胡建軍.楊敏生.盧孟柱 我國抗蟲轉(zhuǎn)基因楊樹生態(tài)安全性研究進(jìn)展[期刊論文]-生物多樣性 2010(4) 11.張磊.朱禎 轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻對生物多樣性的影響[期刊論文]-遺傳 2011(5) 12.左嬌.郭運(yùn)玲.孔華.徐林.周霞.郭安平 轉(zhuǎn)基因玉米安全性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[期刊論文]-玉米科學(xué) 2014(1) 13.朱家林.賀娟.牛建群.張青文.劉小俠 風(fēng)向因素對轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花基因漂移效率的影響[期刊論文]-生態(tài)學(xué)報(bào) 2013(21)

引用本文格式:盧寶榮.夏輝.楊簫.金鑫.劉蘋.汪魏.Bao-Rong Lu.Hui Xia.Xiao Yang.Xin Jin.Ping Liu.Wei Wang 雜交-漸滲進(jìn)化理論在轉(zhuǎn)基因逃逸及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和研究中的意義[期刊論文]-生物多樣性 2009(4)



  本文關(guān)鍵詞:雜交-漸滲進(jìn)化理論在轉(zhuǎn)基因逃逸及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和研究中的意義,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。



本文編號(hào):180918

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