基因改良棉花籽可喂饱5亿人_生物科技动态

基因改良棉花籽可喂饱5亿人: 来源: 查字典生物网| 2013-01-17 发表| 教学分类：生物科技动态

美国的科学家指出，有毒的棉花籽经基因改良后，将来可成为潜力巨大的人类食物来源，未来或可解决5亿人口的饥饿问题。

得州农业试验所的植物学家拉瑟柯，在即将出版的《美国国家科学院期刊》内撰文称，由于棉花籽内含有不适合人类食用的棉籽酚毒素，因此人们普遍弃用棉籽或用棉籽来喂牛。但如今研究人员现已找到方法如何将棉花籽内的棉籽酚毒素含量，减至人类可食用的水平。棉花籽不仅是一种毒素，还是一种天然的男性避孕强力剂，男性进食后会抑制其精子的活性。拉瑟柯续称，若棉花籽可以食用的话，全球目前种植的棉花量，足以供应5亿人口的蛋白质需求。

棉花是重要农作物，千百年来一直是人类保暖、制衣的重要原料，而棉花籽却因为有毒无法食用。美国科学家报告说，他们通过基因改良，成功地控制了棉花籽中的毒素水平，这使得棉籽有望成为人类的重要食物来源。

得克萨斯农业机械大学的科学家在２１日出版的美国《国家科学院学报》上报告说，棉籽中因为含有一种名为棉籽酚的有毒化学物质，不适合人类食用。因此长期以来，人们普遍弃用棉籽，或者简单加工榨取棉籽油后把剩余粗粉制成动物饲料。而他们通过ＲＮＡ（核糖核酸）干涉手段，让棉籽中的某个基因“沉默”，成功培育出了改良棉花，其棉籽中的棉籽酚含量极低甚至不含棉籽酚，这种棉籽可作为一种新的食物来源供人类食用。

研究负责人科尔提·拉索尔说，基因改良后的棉花植株中，梗和叶中仍含有棉籽酚，这种毒素可以帮助棉花抗病虫害，但棉籽中的棉籽酚却得到了成功抑制。

拉索尔说，全球目前有８０多个国家种植棉花，每年产出棉籽约４４００万吨。去除棉籽酚的棉籽榨油之后，剩余粗粉还可以碾磨成精粉或以其他形式食用。棉籽中２３％的成分为蛋白质。拉索尔预计，“转基因棉籽可食用后，每年有望满足全球５亿人口的蛋白质需求”。

据ScienceDaily网站2006年11月22日报道，美国德克萨斯州农业试验站的生物学家与德州A&M大学以及农业部南部平原研究中心的科学家合作，利用基因敲除技术成功培育出棉籽中不含有毒物质棉子酚的棉花植株，该棉株的其它部分完好无缺，仍然可以帮助棉株抵御害虫和疾病的入侵。该成果已刊登在本周的美国国家科学院学报。

德州农业试验站的基尔蒂•拉索尔博士介绍说，“最令人激动的发现是我们已经能够把棉籽中的剧毒化合物棉子酚减少到安全的程度，这样棉籽就可以适于食用了。在人类营养学方面，棉籽具有许多潜力。”他说，这些棉株上长出的无毒棉籽符合世界卫生组织以及美国食品和药品管理局制定的食物消费标准，因此它极有可能成为一种全新的高蛋白质食品，而且可以每年供5亿人食用。

除了棉籽之外，所有地上部分的棉株天生就含有棉子酚。拉索尔称，棉籽中的蛋白质含量很高，棉株其它部分的蛋白质含量却很少，但这些棉子酚可以保护棉珠免受害虫和疾病的侵害。因此他们只是降低了棉籽里的棉子酚含量，棉珠其它部分的棉子酚含量保持不变，他认为这是“该计划中最出色的工作”。

该研究小组使用了RNA干扰技术（RNAi），或者称之为基因“沉默”技术。该技术让研究人员可以定点压制棉籽中的棉子酚基因，但棉珠其它部分的棉子酚基因表达功能保持不变。RNAi技术是美国科学家安德鲁•Z•法尔和克雷格•C•米尔格发现的，这俩位科学家也因此获得了当年的诺贝尔医学奖。

“我们所做的是利用该技术来选择性地抑制基因，我们沉默的这种基因具有酶编码功能，而这种酶可以促使棉籽内部产生棉子酚的生物合成通道。”

用棉纤维来纺织棉布已经有7000多年的历史了。在这7000年的大部分时间里，人们通过纤维处理过程把绒毛状的棉籽制做成棉纤维产品，但这些棉纤维产品只有牲畜才敢食用。不过这些牲畜也需要经过复杂的胃消化过程才能忍受棉子酚的毒性。

拉索尔提出：“很少有人知道，棉株每长出1.6磅的棉籽，人们就可以得到一磅的棉纤维。”“全世界每年的棉籽产量高达4400万公吨。棉籽中通常过含有22%的蛋白质，而且是高质量的蛋白质。”从总体计算，4400万吨棉籽中大约含有1000万吨蛋白质。

数十年前，加利福尼亚州和德克萨斯州的科研人员就能够培植出各种类型的棉株，其中包括完全不含棉子酚腺体的棉株。拉索尔称，这种不含棉子酚腺体的棉株在商业上是失败的，因为缺少棉子酚的棉株将成为害虫和病毒的美食。

他说，现在已经开发出从棉籽油中萃取棉子酚的技术，这样人们就可以得到可供人类食用的棉籽油，但是这样做的费用太高。此外，在人们把棉籽榨成棉籽油后，剩下的棉籽肉仍然含有棉子酚，因此这些棉籽肉是不能供人类食用的，也不能用它来喂养猪和家禽。

但研究小组开发的棉株具有新的特性，这种棉珠即可以做为一种纤维作物，也可以成为一种粮食作物。如果棉籽中不含棉子酚的话，你可以直接把棉籽当作食物来吃，也可以把它用作喂养家禽的饲料。拉索尔强调称，棉花的粮食价值也许对那些种植棉花的小农场主来说是有用的，但如果他们能够充分利用棉籽的话，他们还能从棉籽身上得到更多的价值。”

他相信总有一天能把这种新型棉株的棉籽开发成粮食产品。早在上世纪70年代未和80年代，德克萨斯州农业试验站的科研人员就已经培植出不含棉子酚腺体的棉花，尽管这种棉花遭到了害虫和疾病的严重侵害，科研人员还是用它制造出一种可供人类食用的粮食产品－－TAMUnuts。

拉索尔说，“这项发现决不只是为了得到一种棉株，而是为了找到一种新特性，通过它我们可以培植出各种优质的商业棉株品种，而且这种特性可以一代接一代的保持下去。”在试验中，科研人员已经成功地让三代棉株继承了这种特性。下一步，他们将从众多品种中筛选出最好的棉株，然后再把这种具有新特性的最佳品种放入温室中种植。拉索尔说，接下来我们将在田地里种植这种棉株。

拉索尔预计，要想实现大面积的商业生产，至少还需要10年时间来开发棉花的品种。

千百年来，棉花作物提供的棉纤维一直是人类纺织品的重要原材料。然而，与棉纤维相伴的棉籽虽然营养丰富，但由于含有有毒物质棉子酚，始终没有得到人类的重用。多数情况下，从棉纤维中分离出来的带絮种子，只能作为牛的饲料（具有4个胃的牛能够忍受棉子酚的毒性），或在棉子酚被去掉后用来榨油。

不过，上述情况或许很快就会被改变，因为美国德克萨斯州的科学家最近找到了消除棉籽毒性的方法，并能让其成为供人类享用的食物，从而可以解决全球许多地区的饥荒问题。
由美国德州农业试验站、德州农工大学和农业部南部平原研究中心组成的研究小组，在植物生物学家凯尔迪•拉偌尔博士的带领下，利用转基因技术实现了棉籽去毒。拉偌尔介绍说：“令人振奋的是，我们的发现能够让棉籽中有毒物质棉子酚的含量降低到可以安全食用的程度。”他同时指出，经过他们处理的种子符合世界卫生组织和美国食品和医药管理局食物标准，有望成为新的高蛋白食物，每年可满足5亿人口的粮食需求。

棉子酚存在于棉花作物暴露在土壤外的各部分（包括种子）腺体中。拉偌尔的研究小组采用基因抑制技术法，关闭了棉籽中的棉子酚基因，同时没有破坏该基因在植物其他部分的表达，让植物仍然具有抵抗昆虫和疾病的能力。

RNAi技术通常被医学研究人员用来寻找癌症和艾滋病的疗法，其发现者为美国科学家史丹佛大学医学院安德鲁•法尔教授和麻萨诸塞医学院的克雷格•梅洛教授，他们曾因此获得2006年度诺贝尔生物医学奖。拉偌尔表示：“我们所做的是，将RNAi技术有选择性地用以限制棉籽中一种参与棉子酚生物合成途径酶的编码基因。”

多数人并不知道，生产1磅重（约0.45公斤）棉花纤维的同时，就会产生1.6磅的棉籽。每年全球棉花作物要生产大约4400万吨棉籽，而棉籽中的蛋白质含量高达22％，且蛋白质质量也很高。换句话说，全球每年生产的棉籽，可提供1000万吨高质量的蛋白质。

多年前，美国加州和德州的研究人员曾培育出整体均没有棉子酚腺体的棉花作物品种，但是，该品种棉花作物在商业种植中却惨遭失败，其原因是由于缺乏棉子酚的植物变成了昆虫和病菌可口的食物。此外，人们还开发出去棉子酚后用棉籽榨取食用油的方法，但此法不仅昂贵，同时并非完全安全。拉偌尔开发出的新方法在去掉棉子酚后，不仅能将棉籽转变成人类的粮食，而且也可以作为家畜饲料。这对大量种植棉花的国家来说，具有十分重要的经济价值。

研究小组还计划从培育的新棉花作物中筛选出最好的品种，首先在温室中试验种植，然后再进行大规模田野实验。但拉偌尔估计，至少还需要12年的时间，才能开发出可广泛用于商业种植的新棉花品种。有关专家指出，拉偌尔的研究不但能改变棉花作物的品种，还能应用于其他作物，培育出具有良好商业价值的新品种，同时新品种的特性还能保持数代不变。

国王棉因其蓬松雪白的棉球而闻名于世，但与纤维相比，这种植物实际上还包含有更多的种子。由于富含油脂和蛋白质，一些种子被直接用来喂养牲畜与家禽，然而种子中的油脂在被人类食用之前必须经过提纯。这是由于棉籽中含有一种天然毒素，能够损害人的心脏和其他内脏，同时影响生育能力。如今，一个研究小组培育出一种不含有毒种子的新棉花。如果这一新品种被证明确实有效，它将降低棉籽油的成本，同时为农民的生活大量提供一种廉价的蛋白质。

几十年来，棉农们一直试图除掉这种名为棉籽酚的毒素——棉花就是用它来抵御害虫的。20世纪50年代，棉农们发现了一种完全不含这一化合物的变异品种，但它很容易受到害虫的攻击并且产量欠佳。为了在去除种子毒素的同时防止害虫侵袭，分子生物学家开始在棉籽用于合成棉籽酚的新陈代谢途径上做文章。然而迄今为止，他们仅极其有限地降低了棉籽酚的含量。于是，由美国学院站市得克萨斯农业机械大学的分子生物学家KeertiRathore领导的研究小组，决定利用核糖核酸干涉（RNAi）技术——使特定基因“沉默”——来解决这一难题。

Rathore的研究小组将目标锁定在δ-cadinene合酶基因上，它是棉籽酚合成第一步中的一种物质。研究人员设计了一种干涉RNA序列，用来抑制合成这种蛋白质的基因，同时添加一种遗传因素从而确保这一过程仅仅发生在棉籽中。结果显示，转基因棉棉籽中的棉籽酚含量下降了99%，而其他部分的棉籽酚含量仍保持正常水平。研究小组最近在美国《国家科学院院刊》网络版上报告了这一研究成果。Rathore表示：“至少到目前来说，这些植物都相当正常。”至于棉籽，他说味道有点儿像鹰嘴豆。

堪培拉市澳大利亚联邦科学与工业研究组织植物种质中心的棉花育种专家DannyLlewellyn表示，新的棉花品种还必须经过田间种植试验，他同时对于RNAi的用途感到很兴奋。Llewellyn强调指出：“这一研究成果使得棉籽在动物饲料中有更加广泛的用途，同时为将棉花应用于人类食物生产打开了大门，特别是在那些发展中国家。”然而Llewellyn警告说，不含棉籽酚的棉花也容易受到老鼠的“青睐”，因为前者的毒性大为降低。

由于减少了提取棉籽酚的过程，这种新棉花的商业种植也将减少棉籽油的成本。Rathore正在寻找一名商业伙伴用以分担调节评估的费用。但是不要奢望棉花种子会很快出现在你的餐桌上——Rathore说，不含棉籽酚的棉花送到农民手中至少还要等20年的时间。

据国外媒体报道，美国科学家取得的一项最新科研成果很有可能会解决那些贫穷国家所面临的粮食短缺危机。来自美国德克萨斯农业试验站的基尔提·拉托尔博士等人宣称，他们已利用基因改造技术培育出了一种可以食用的棉花。

据介绍，棉花的种子或许能够成为大约五亿人的食物蛋白质来源。不过，普通的棉花种子中都包含有大量的可致人于死地的毒素，根本不适于食用。

现在，这一令人苦恼的情况终于被拉托尔博士和他的同事们所克服－－他们运用基因改造技术培育出了一种可食用的新型棉花。在这种棉花的种子中不但包含有丰富的蛋白质，而且其中毒素的含量也被降低到非常安全的水平－－足可以让人们放心的食用。

有趣的是，棉籽中主要的毒素－－棉子酚－－在棉花整个植株中的含量依然得到了保留。拉托尔强调说，这项研究活动的美妙之处在于：只是使富含蛋白质的棉籽中的棉子酚含量大幅减少，而棉花其他部分的毒素含量仍然能够保护植株免遭昆虫的侵害并抵御各种疾病。

拉托尔博士指出：“有不少人都知道，每生产出一磅棉花纤维都可产出1.6磅的棉籽。全球每年可生产出高达4400万吨的棉籽。它们中蛋白质的含量接近22％，而且都是品质都非常高。”如果将这些由棉花产出的蛋白质加工成食品，那么每年将可为人类提供大约1000万吨蛋白质。

数十年以前，来自加利福尼亚和德克萨斯州的科学家们曾培育出一种同样也不包含棉花酚的改良棉花。但令人遗憾的是，这种棉花并未受到农民们的青睐：其甜美的味道会吸引来大批害虫。

尽管对新开发出的棉花进行更深入的研究并将其投入商业性生产还尚需时日，但它的出现有可能会成为农业领域的又一项重大突破。