外源基因清除技术GeneDeletor原理特点及其潜在应用前景

ＭｏｌｅｃｕｌａｒＰｌａｎｔＢｒｅｅｄｉｎｇ，２００８，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．３，４１３－４１８

专题评述

ＩｎｖｉｔｅｄＲｅｖｉｅｗ

“外源基因清除”技术（Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ）原理、特点及其潜在应用前景

赵德刚１＊吕立堂１贺爱公１罗克明２ＨｕｉＤｕａｎ３郑雪莲４邓伟５陈永勤６安新民７贺明阳８１贵州大学生命科学学院贵州省农业生物工程重点实验室，贵阳，５５００２５；２西南大学生命科学学院，重庆，４００７１６；３ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｅｌｌａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＢｉｏｌｏｇｙ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＩｌｌｉｎｏｉｓ，Ｕｒｂａｎａ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ，６１８０１，ＵＳＡ；４西南大学生物技术中心，重庆，４００７１６；５重庆大学生物工程学院，重庆，４０００４４；６湖北大学生命科学学院，武汉，４３００６２；７北京林业大学林木花卉遗传育种教育部重点实验室，北京，１０００８３；８西北农林科技大学农业部西北园艺植物种质资源与遗传改良重点开放实验室，杨凌，７１２１００

＊通讯作者，ｄｅｇａｎｇｚｈａｏ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ

摘要“外源基因清除”技术（Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ）是美国康涅狄格大学华裔教授李义领导的研究小组发展起来的，有望成为解决转基因植物环境安全性和食品安全性问题的有力工具。象计算机“卸载”应用软件一样，“外源基因清除”技术利用器官特异或诱导型启动子、重组酶及融合识别位点构建基因表达元件，能将转基因植物中的全部外源基因在完成其功能作用后自动地从花粉、种子和果实中彻底清除。最近，美国著名“社会技术”公司公布了未来２０年对社会最具影响力、最有前景的技术创新领域一系列１２个简报，其中第１０个专题推介了“外源基因清除”技术。本文综述了“外源基因清除”技术的原理和技术优点，介绍并讨论了李义对该技术在作物有性繁殖中的应用以及在解决食品安全性问题上的应用方略。

关键词外源基因清除技术，转基因植物，食品安全性，环境安全性，植物

ＴｈｅＧｅｎｅ－ＤｅｌｅｔｏｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＰｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄＰｏｔｅｎｔｉａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＧｅｎｅｔｉ－ｃａｌｌｙＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ

ＺｈａｏＤｅｇａｎｇ１＊ＬｖＬｉｔａｎｇ１ＨｅＡｉｇｏｎｇ１ＬｕｏＫｅｍｉｎｇ２ＤｕａｎＨｕｉ３ＺｈｅｎｇＸｕｅｌｉａｎ４ＤｅｎｇＷｅｉ５ＣｈｅｎＹｏｎｇｑｉｎ６ＡｎＸｉｎｍｉｎ７ＨｅＭｉｎｇｙａｎｇ８

１ＧｕｉｚｈｏｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｇｒｏ－Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ，５５００２５；２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｏｕｔｈ－ｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ，４００７１６；３ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｅｌｌａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＢｉｏｌｏｇｙ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＩｌｌｉｎｏｉｓ，Ｕｒｂａｎａ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ，６１８０１，ＵＳＡ；４Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏ－ｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ，４００７１６；５ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ，４０００４４；６ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ，４３００６２；７ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＧｅｎｅｔｉｃｓａｎｄＢｒｅｅｄｉｎｇｏｆＦｏｒｅｓｔＴｒｅｅｓａｎｄＯｒｎａｍｅｎｔａｌＰｌａｎｔｓ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕ－ｃａｔｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００８３；８ＫｅｙｌａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔＨｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅＰｌａｎｔＧｅｒｍｐｌａｓｍａｎｄＧｅｎｅｔｉｃＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＭｉｎ－ｉｓｔｒｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＨｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ，ＮＷＳＵＡＦ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，７１２１００

＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，ｄｅｇａｎｇｚｈａｏ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ

ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＤＣ－ｂａｓｅｄ，ｗｅｌｌｋｎｏｗｎｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇｆｉｒｍＳｏｃｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｒｅｃｅｎｔｌｙｒｅ－ｌｅａｓｅｄａｓｅｒｉｅｓｏｆ１２ｂｒｉｅｆｓｔｈａｔｓｈｅｄｌｉｇｈｔｏｎｔｈｅｔｏｐａｒｅａｓｆｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈ２０２５．Ｔｈｅｔｅｎｔｈｔｒｅｎｄｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅｉｎｔｈｅｓｅｒｉｅｓｅｍｐｈａｓｉｚｅｓｔｈｅｇｅｎｅ－ｄｅｌｅｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｇｅｎｅｄｅｌｅｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｄｅ－ｖｅｌｏｐｅｄｂｙＰｒｏｆｅｓｓｏｒＹｉＬｉｌａｂｏｒａｔｏｒｙａｔｔｈｅＵＳ－ｂａｓｅｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｅ－ｌｉｍｉｎａｔｅａｌｌｔｒａｎｓｇｅｎｅｓｉｎｔａｒｇｅｔｏｒｇａｎｓｓｕｃｈａｓｐｏｌｌｅｎｓ，ｓｅｅｄｓ，ｆｒｕｉｔｓ，ｏｒａｎｙｏｒｇａｎｓｏｒｅｎｔｉｒｅｐｌａｎｔｓｗｈｅｎｔｈｅｆｕｎｃ－ｔｉｏｎｓｏｆｔｒａｎｓｇｅｎｅｓａｒｅｎｏｌｏｎｇｅｒｎｅｅｄｅｄｏｒｔｈｅｉｒｐｒｅｓｅｎｃｅｉｎｔｈｅｐｌａｎｔｍａｙｃａｕｓｅｃｏｎｃｅｒｎｓ，ｓｉｍｉｌａｒｔｏａｐｉｅｃｅｓｏｆ“ｕｎｉｎｓｔａｌｌ”ｓｏｆｔｗａｒｅｕｓｅｄｉｎｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｆｅｒｓａｐｏｗｅｒｆｕｌｔｏｏｌｔｏｍａｋｅｇｅｎｅｔｉｃａｌｌｙｍｏｄｉｆｉｅｄｃｒｏｐｓａｆｅｒｔｏｇｒｏｗａｎｄｔｏｃｏｎｓｕｍｅ．Ｔｈｅｇｅｎｅ－ｄｅｌｅｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄａｓａｔｒｕｅｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｔｒａｎｓ－ｇｅｎｉｃｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｆｉｅｌｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｇｅｎｅ－ｄｅｌｅｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｇｅｎｅ－ｄｅｌｅｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｐｒｏｄｕｃｅｎｏｎ－ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｏｒｇａｎｓｏｒｐｌａｎｔｓｆｒｏｍｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｐｌａｎｔｓ．

ＫｅｙｗｏｒｄｓＧｅｎｅ－ｄｅｌｅｔｏｒ，Ｇｅｎｅｔｉｃａｌｌｙｍｏｄｉｆｉｅｄｃｒｏｐｓ，Ｆｏｏｄｓａｆｅｔｙ，Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓａｆｅｔｙ，Ｐｌａｎｔｓ

基金项目：本研究由科技部国际科技合作项目（２００７ＤＦＡ３１２６０）和国家科技支撑计划项目（２００７ＢＡＤ５９Ｂ０６）资助分子植物育种

ＭｏｌｅｃｕｌａｒＰｌａｎｔＢｒｅｅｄｉｎｇ

转基因技术可提高作物产量，改善品质，减少除草剂、杀虫剂等农药使用量，节省大量劳动力，在解决全球不断增长的粮食需求和保障农业的可持续发展等方面发挥了重要作用，而且在缓解世界能源危机问题也将作出巨大贡献。然而，转基因植物的外源基因可能会通过花粉和种子等途径在种群之间扩散，有可能产生

“超级杂草”，可能对生态环境和生物多样性造成危害（Ｄａｌｅｅｔａｌ．，２００２；Ｋｏｎｉｇ，２００３；Ｓｔｅｗａｒｔｅｔａｌ．，２００３）。而且，关于转基因作物和以转基因作物为原料制造的转基因食品对人体的影响一直争论不休，在世界一些国家和地区，如欧洲和日本等地，对转基因产品抵触的人数比例较大，２００６年在欧洲调查的人群中有５８％的人认为转基因食品

“不应该被鼓励”。人们对转基因植物安全性问题的争论和担忧严重地影响转基因植物的商业化推广和应用。除非解决了人们对转基因植物和转基因食品的恐惧和担忧问题，否则公众对应用新型生物技术的抵触，将会严重阻碍农业生物工程的进一步发展（２００８，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｏｃｉａｌｔｅｃｈ－ｎｏｌｏｇｉｅｓ．ｃｏｍ／Ｎｅｗｓ．ａｓｐｘ）。

为了解决人们对转基因植物生态安全和食品安全性的恐惧和担忧，各国都有管理转基因研究和转基因产品释放的专门法规。尽管在美国调查显示大多数人认为转基因作物是安全的，但是，美国对转基因作物安全性的审批是相当严格的，花在安全性审批试验的费用非常高。我国也有一整套转基因作物安全性审批程序和规定，与美国不同的是要求转基因食品必须在出售时进行标识，让消费者（实际上是购买者）自行选择是否选购。实际上，由于餐馆或食品加工厂可能会购买价廉物美的、由转基因原料生产的食用油用于加工食品，大多数人们难以避免食用转基因产品。许多科学家也在探索解决转基因安全性的技术，已经提出了一系列生物技术手段如转基因花粉不育技术（ＰａｏｌｅｔｔｉａｎｄＰｉｍｅｎｔｅｌ，１９９６）、种子不育或无籽技术（Ｄａｎｉｅｌｌ，２００２；Ｌｉ，１９９８）、叶绿体转基因技术（Ｂｏｃｋ，２００１）和“终结者”种子技术（Ｏｌｉｖｅｒｅｔａｌ．，１９９８）等。在少数植物中取得成功的叶绿体转基因技术是将外源基因插入质体基因组中表达，花粉缺少叶绿体，在植物授粉时缺少传递叶绿体基因的途径，从而防止转基因植物中的外源基因通过花粉传播，但不能阻止种子传播。在一些园艺植物上应用的转基因无籽果实技术、以及通过核酸酶基因表达等引起转基因植物花粉不育和种子不育等技术，在收获种子的主要农作物上不能应用。转基因花粉不

育技术也象叶绿体转基因技术一样，只能解决转基因植物通过花粉扩散外源基因的问题。“终结者”种子技术创制的转基因植物种子不能萌发，解决种子扩散外源基因的问题，但花粉传播途径仍然存在，而且，因种子不能萌发，农民不能收获种子自己播种，具有较大的社会负面影响而被停止使用。因此，迄今为止，所报道的解决转基因安全性的技术均不够完善，只是部分解决了转基因作物的生态安全性，不能从根本上解决转基因植物环境安全性问题，也没有解决人们对转基因食品安全性的担心。

美国康涅狄格大学李义教授领导的研究组２００７年３月在《ＰｌａｎｔＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪｏｕｒｎａｌ》杂志上发表的“外源基因清除”技术（现称

“Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ”，原为

“ＧＭ－Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ”）（Ｌｕｏｅｔａｌ．，２００７），为解决转基因植物的安全性问题提供了一条目前最为有效的途径。

１“外源基因清除”技术的原理

“外源基因清除”技术综合利用了两套位点特异重组酶的元件，即来源于细菌噬菌体的Ｃｒｅ／ＬｏｘＰ系统和来自于酵母的ＦＬＰ／ＦＲＴ系统，这两套系统均通过重组酶识别特定的重组位点将插入该位点间的所有外源基因删除。Ｃｒｅ／ＬｏｘＰ和ＦＬＰ／ＦＲＴ系统己经分别用于删除转基因植物的筛选标记序列（ＳｒｉｖａｓｔａｖａａｎｄＯｗ，２００４）。“外源基因清除”技术综合应用了两套系统（Ｌｉｅｔａｌ．，２００７），其原理如图１所示：创造了一个ｌｏｘＰ和ＦＲＴ的融合识别位点ＬＦ（ＬｏｘＰ－ＦＲＴ），获得了一个高效基因清除系统。特异启动子驱动重组酶ＦＬＰ或者Ｃｒｅ在适当的时间和部位表达，重组酶识别融合识别位点ＬＦ，两个融合识别位点之间的序列（包括重组酶的基因序列）在特定的时期、从特定植物器官的细胞基因组中全部清除。

２“外源基因清除”技术的特点

与以前的相关技术（ＰａｏｌｅｔｔｉａｎｄＰｉｍｅｎｔｅｌ，１９９６；Ｄａｎｉｅｌｌ，２００２；Ｂｏｃｋ，２００１；Ｏｌｉｖｅｒｅｔａｌ．，１９９８；Ｓｒｉｖａｓ－ｔａｖａａｎｄＯｗ，２００４）相比，

“外源基因清除”技术具有几个显著优点：（１）能够将转基因植物花粉和种子中的外源基因全部清除。（２）大幅度地提高了转基因植物中外源基因的删除效率。实验证明，在３万多株转基因烟草后代植株中，基因清除效率达到了１００％。（３）

“外源基因清除”技术更适合于生产上应用，尤其是在第二代（生产者和消费者都受益的性状改良）和第三代（以转基因植物作为生物反应器）基因工程产品生产中更

４１４“外源基因清除”技术（Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ）原理、特点及其潜在应用前景ＴｈｅＧｅｎｅ－ＤｅｌｅｔｏｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＰｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄＰｏｔｅｎｔｉａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＧｅｎｅｔｉｃａｌｌｙＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ

图１基因清除技术的原理（Ｌｉｅｔａｌ．，２００７，略有改动）

注：Ｌ为来源于细菌噬菌体的Ｃｒｅ／ＬｏｘＰ系统的识别位点ＬｏｘＰ；Ｆ为来自于酵母的ＦＬＰ／ＦＲＴ系统的识别位点ＦＲＴ；ＦＬＰ为编码ＦＬＰ／ＦＲＴ系统的重组酶基因，花粉和种子特异启动子驱动重组酶基因ＦＬＰ表达，重组酶识别融合识别位点ＬＦ，两个融合识别位点之间的所有序列从基因组中切除

Ｆｉｇｕｒｅ１Ａｓｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｇｅｎｅ－ｄｅｌｅｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｅｘｃｉｓｉｏｎｏｆａｌｌｔｒａｎｓｇｅｎｅｓｆｒｏｍｐｏｌｌｅｎａｎｄｓｅｅｄｓ（Ｌｉｅｔａｌ．，２００７，Ｍｏｄｉｆｉｅｄａｌｉｔｔｌｅ）

Ｎｏｔｅ：ＬｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅＬｏｘＰｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｆｒｏｍｔｈｅｐｈａｇｅＣｒｅ／ＬｏｘＰｓｙｓｔｅｍａｎｄＦｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅＦＲＴｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｙｅａｓｔＦＬＰ／ＦＲＴｓｙｓｔｅｍ．ＦＬＰｉｓａＤＮＡｒｅｃｏｍｂｉｎａｓｅｆｒｏｍｔｈｅＦＲＴ／ＦＬＰｓｙｓｔｅｍ．Ｗｈｅｎｐｏｌｌｅｎａｎｄｓｅｅｄ－ｓｐｅｃｉｆｉｃｐｒｏｍｏｔｅｒｄｒｉｖｅｔｈｅＦＬＰｇｅｎｅｔｏｅｘｐｒｅｓｓ，ａｌｌｔｒａｎｓｇｅｎｅｓａｒｅｅｌｉｍｉｎａｔｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｗｏＬＦ（ＬｏｘＰ－ＦＲＴｆｕｓｉｏｎ）ｓｉｔｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｒｅｃｏｍｂｉｎａｓｅｇｅｎｅｉｎｐｏｌｌｅｎａｎｄｓｅｅｄｓｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｄｅｌｅｔｅｄｇｅｎｅｓｅｑｕｅｎｃｅｓｗｉｌｌｂｅｄｅｓｔｒｏｙｅｄｂｙｎｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃｎｕｃｌｅａｓｅｓｉｎｔｈｅｃｅｌｌ

有应用价值。与其它的防止外源基因扩散的技术相比有其新的优点。与“终结者”种子（ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒｓｅｅｄｓ）技术相比，

“外源基因清除”技术更适合在生产上应用。所谓“终结者”种子技术就是在植物中引入种子致死基因，使种子不能正常发芽和生长，解决外源基因飘移问题，但在贫穷的发展中国家，许多农民往往习惯于播种自己收获的种子，如果农民播种“终结者”种子、或通过出售或交换使其他农民也播种“终结者”种子，就会因种子不发芽导致颗粒无收。

“外源基因清除”技术不仅具备了“终结者”种子防止外源基因扩散的的技术优点，还解决了“终结者”种子技术没有解决的转基因食品的安全性问题，也克服了“终结者”种子技术本身的缺陷，即很多批评者指出的“终结者”种子技术迫使农民每年都要购买新种子播种的问题。因为“外源基因清除”技术只将种子中的外源基因清除，农民自己可以收获已经清除外源基因的种子进行播种，种子能正常发芽和生长，只不过没有了外源基因及其表现出来的优良性状，但农民仍然可以获得品种作物的收成。可见，

“外源基因清除”技术既保护了种子公司在转基因技术上的知识产权，也不影响贫穷农民用所收获的种子第二年播种，是一个种子公司与农民都能双赢的技术（２００８，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｏｃｉａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．ｃｏｍ／Ｎｅｗｓ．ａｓｐｘ）。奥地利植物分子生物学家ＷｎｇｄｙＳａｗａｈｅｌ撰文评价时指出，李义的“外源基因清除”技术为人们多年来就著名的“终结者”种子技术的争论画上了一个句号（２００７，ｈｔｔｐ：／／ｇｅｎｅ．ｄｅｌｅｔｅｒ．ｎｅｔ）。

３“外源基因清除”技术在解决转基因植物环

境安全性方面的应用

４１５

分子植物育种

ＭｏｌｅｃｕｌａｒＰｌａｎｔＢｒｅｅｄｉｎｇ

３．１作物无性繁殖中的应用

目前，“外源基因清除”技术可以很容易地用于转基因植物的无性繁殖，以解决转基因植物的环境安全性问题。“外源基因清除”技术通过花粉或者种子特异启动子驱动重组酶表达，将转基因植物花粉

或种子中的外源基因全部自动删除，解决转基因植物中外源基因的飘移问题。可在生物能源植物例如杨树、柳树等以及通过无性繁殖的林木、果树、花卉、蔬菜和大田作物上应用。在玉米、水稻、大豆等作物中可以通过人工种子应用该技术。

图２外源基因清除技术在作物有性繁殖中应用的技术原理（Ｌｉｅｔａｌ．，２００７，略有修改）

注：ＦＬＰ为编码ＦＬＰ／ＦＲＴ系统的重组酶的基因；Ａ：花粉和种子特异表达的启动子（如拟南芥ｐＡＢ５）驱动重组酶ＦＬＰ表达，重组酶识别融合识别位点ＬＦ，两个融合识别位点之间的所有序列从基因组中切除，如果将诱导表达的ＲＮＡｉ－ＦＬＰ基因插入到基因清除系统中，通过喷施诱导剂激活ＲＮＡｉ－ＦＬＰ来压制ＦＬＰ基因的表达，在产生有性生殖的种子时，种子公司可以使用化学诱导剂来阻止转基因植物花粉和种子中外源基因的删除；Ｂ：在后代，所有的外源基因将从花粉和种子中清除

Ｆｉｇｕｒｅ２Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆａｍｏｄｉｆｉｅｄｖｅｒｓｉｏｎｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｇｅｎｅ－ｄｅｌｅｔｏｒｓｙｓｔｅｍｆｏｒｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｓｅｘｕａｌｌｙｐｒｏｐａｇａｔｅｄｃｒｏｐｓ（Ｌｉｅｔａｌ．，２００７，Ｍｏｄｉｆｉｅｄａｌｉｔｔｌｅ）

Ｎｏｔｅ：ＦＬＰｉｓａＤＮＡｒｅｃｏｍｂｉｎａｓｅｇｅｎｅｔｈａｔｒｅｃｏｇｎｉｚｅｓｔｈｅＦＲＴｓｅｑｕｅｎｃｅｓａｎｄｅｘｃｉｓｅｓｔｈｅｉｎｔｅｒｖｅｎｉｎｇＤＮＡｓｅｑｕｅｎｃｅｓ；Ａ：Ｔｈｅｐｏｌｌｅｎ－ａｎｄｓｅｅｄ－ｓｐｅｃｉｆｉｃｇｅｎｅｐｒｏｍｏｔｅｒａｒｅｕｓｅｄｔｏｄｒｉｖｅｔｈｅＦＬＰｇｅｎｅｅｘｐｒｅｓｓ，ＩｆａｎｉｎｄｕｃｉｂｌｅＲＮＡｉ－ＦＬＰｇｅｎｅｃａｓｓｅｔｔｅｉｓｉｎｓｅｒｔｅｄｉｎｔｈｅｇｅｎｅ－ｄｅｌｅｔｏｒｓｙｓｔｅｍ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｄｕｃｅｒｗｉｌｌａｃｔｉｖａｔｅＲＮＡｉ－ＦＬＰｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅｓｕｐｐｒｅｓｓＦＬＰｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ，Ｉｆｔｈｅｅｘ－ｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆＦＬＰｉｓｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ，ｄｅｌｅｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｇｅｎｅｓｗｉｌｌｎｏｔｏｃｃｕｒ，Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｅｘｕａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃｅｒｔｉｆｉｅｄｓｅｅｄｓ，ｓｅｅｄｃｏｍｐａｎｉｅｓｃｏｕｌｄａｐｐｌｙｔｈｅｉｎｄｕｃｅｒｔｏｐｒｅｖｅｎｔｔｈｅｄｅｌｅｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｇｅｎｅｓｆｒｏｍｐｏｌｌｅｎａｎｄｓｅｅｄｓａｓｓｈｏｗｎｉｎＦｉｇｕｒｅ２Ａ；Ｂ：Ｉｎａｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｇｅｎｅｒａ－ｔｉｏｎ，ａｌｌｔｒａｎｓｇｅｎｅｓｗｉｌｌｂｅｄｅｌｅｔｅｄｆｒｏｍｐｏｌｌｅｎａｎｄｓｅｅｄｓａｓｓｈｏｗｎｉｎＦｉｇｕｒｅ１ｉｆｔｈｅｉｎｄｕｃｅｒｉｓｎｏｔａｐｐｌｉｅｄ

３．２作物有性繁殖中的应用

通过适当的改进，“外源基因清除”技术也可以用于通过有性繁殖生产种子的转基因大田作物。李义教授提出了一种可行的策略，该策略是将化学诱导ＦＬＰ基因的ＲＮＡ干涉（ＲＮＡｉ－ＦＬＰ）系统与“基因清除”系统

结合起来（Ｌｉｅｔａｌ．，２００７）。其原理如图２。在农作物的

制种过程中，当作物将要开花授粉或种子发育时，喷施化学诱导剂，利用诱导剂激活ＲＮＡｉ－ＦＬＰ系统，干涉ＦＬＰ基因表达，花粉或者种子基因组中的外源基因

暂时可以不被删除，获得的后代种子仍然是转基因种

４１６

子。播种后，植物在大田生长过程中功能基因（如抗除草剂基因、抗虫基因等）会发挥作用，但当作物花粉或种子形成时，基因清除系统便会自动发生作用，将全部外源基因从花粉和种子中全部清除。

值得指出的是，在制种过程中，利用ＲＮＡｉ－ＦＬＰ系统保证转基因植物的外源基因在制种当代不被清除，但效率可以不需要达到１００％。如果ＦＬＰ基因干涉系统没有发挥作用时，意味着会有部分花粉或种子因“外源基因清除”系统发挥作用，把外源基因包括抗性筛选基因（除草剂抗性基因等）清除掉，花粉或种子中已经没有抗除草剂基因，喷施除草剂就可以除去不含外源基因的花粉或者种子。此外，即使没有完全除掉这些因为基因自动清除作用而转变为非转基因的种子或植株也没有害处，一定数量（１％￣３％）的非转基因植株是害虫的寄主，可以减少害虫对转基因植物的危害。

４“外源基因清除”

技术在解决转基因食品安全性问题的应用

在转基因植物中应用“外源基因清除”技术，可以将植物食用部分变成非转基因的。如图３所示（Ｌｉｅｔａｌ．，２００７）。如果用水稻种子特异启动子控制重组酶基因表达，可以生产非转基因稻米。如果利用果实（西红柿）或者块茎（马铃薯）特异启动子来驱动重组酶基因表达，可以生产非转基因的西红柿果实或者马铃薯块茎。“外源基因清除”技术也可以用于菠菜或者莴苣等茎叶类蔬菜，在采收植物后，通过一定的高温或者低温诱导重组酶基因表达，将整株植物变成非转基因植株。总之，选取适当的启动子，便可以根据人们的意愿，在需要的时间和部位将外源基因从转基因植物中清除掉，从而使转基因作物的花粉、种子、果实以及根、茎、叶、块茎等人们选择的任何器官不再含有外源

图３基因清除技术可以利用转基因植物生产非转基因产品（Ｌｉｅｔａｌ．，２００７，略有修改）

注：图中黑色代表转基因部分，灰色代表非转基因部分；利用现有的转基因技术产生的转基因植物全株都带有外源基因，利用基因清除技术，采用合适的启动子驱动ＦＬＰ表达就可以产生非转基因的器官

Ｆｉｇｕｒｅ３ＴｈｅＧｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｐｒｏｄｕｃｅｎｏｎ－ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｏｒｇａｎｓｆｒｏｍｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｐｌａｎｔｓ（Ｌｉｅｔａｌ．，２００７，Ｍｏｄｉｆｉｅｄａｌｉｔｔｌｅ）

注：Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｉｓｓｈｏｗｎｉｎｂｌａｃｋｗｈｉｌｅｎｏｎ－ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｉｓｓｈｏｗｎｉｎｇｒａｙ；Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｐｌａｎｔｓｐｒｏｄｕｃｅｄｆｒｏｍｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｃｏｎｔａｉｎｔｒａｎｓｇｅｎｅｓｉｎａｌｌｏｒｇａｎｓａｎｄｃｅｌｌｓ（ａｌｌｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ），ＷｉｔｈｔｈｅＧｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｏｒｇａｎｓｃｏｕｌｄｂｅｐｒｏｄｕｃｅｄｉｆａｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｇｅｎｅｐｒｏｍｏｔｅｒｉｓｕｓｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌＦＬＰｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ

“外源基因清除”技术（Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ）原理、特点及其潜在应用前景

ＴｈｅＧｅｎｅ－ＤｅｌｅｔｏｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＰｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄＰｏｔｅｎｔｉａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＧｅｎｅｔｉｃａｌｌｙＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄ

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ＭｏｌｅｃｕｌａｒＰｌａｎｔＢｒｅｅｄｉｎｇ

基因，或将外源基因从人们所需食用的器官中彻底清除掉，达到用转基因作物生产出非转基因食品的目的，解决转基因食品的安全性问题。

５评价与展望

“外源基因清除”技术是在转基因开花前后自动除去花粉和种子中的外源基因，就象计算机

“卸载”应用软件一样，使转基因植物中的外源基因在扩散前和人们使用前被自动清除（２００８，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｏｃｉａｌｔｅｃｈ－ｎｏｌｏｇｉｅｓ．ｃｏｍ／Ｎｅｗｓ．ａｓｐｘ）。该技术可直接用于无性繁殖植物和能源植物（如转基因杨树），通过适当改进也可能在有性繁殖作物中应用。因此，该技术发表后，在国际转基因研究领域引起了强烈反响。著名专家和学者纷纷给予高度评价。意大利国际植物遗传资源研究院ＪｅｒｅｍｙＣｈｅｒｆａｓ博士认为：

“外源基因清除”技术对解决转基因植物可能导致的环境和食品安全性等问题具有不可估量的作用（２００７，ｈｔｔｐ：／／ｇｅｎｅ．ｄｅｌｅｔｅｒ．ｎｅｔ）。对消除人们对转基因植物的各种担忧具有极其重要的意义（２００８，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｏｃｉａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．ｃｏｍ／Ｎｅｗｓ．ａｓｐｘ）。法国国际农业研究中心ＹｖｅｓＳａｖｉｄａｎ博士撰文评价说，

“外源基因清除”技术是转基因产品问世２０多年以来转基因领域最重要的事件之一，是农业转基因领域一场真正的（ｈｔｔｐ：／／ｇｅｎｅ．ｄｅｌｅｔｅｒ．ｎｅｔ）。

“外源基因清除”技术为解决转基因植物安全性问题提供了一个新的有力工具，为实现转基因大田粮食作物（如水稻、玉米、大豆等）以及转基因能源植物（如转基因杨树等）的安全应用展示了诱人的前景。国际著名研究与咨询公司—美国的“社会技术”公司在最近公布的技术创新领域的一序列１２个简报，描述未来二十年对社会最具影响力、最有前景的创新技术，第１０个专题专门推荐了李义的“外源基因清除”技术，认为该技术不仅可以解决人们对转基因植物的恐惧和担忧，还能使农业生物技术公司更快收回他们的投资，对研发第二代或第三代转基因作物产品更加重要（２００８，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｏｃｉａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．ｃｏｍ／Ｎｅｗｓ．ａｓｐｘ）。多家著名网站以

“ＦｕｔｕｒｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ”（生物工程农业的未来）转发了

“社会技术”公司的简报。可以预测，

“外源基因清除”技术将在粮食、林木、果树、蔬菜、花卉等作物上产生巨大的社会效益和经济效益。

有关“外源基因清除”（Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ）技术的信息可在ｇｏｏｇｌｅ网站以“Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ”搜索，或登陆ｈｔｔｐ：／／ｇｅｎｅ．ｄｅｌｅｔｅｒ网页进一步查询。此外，关于Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ技术的中文译名，已有用“基因删除”技术、

“外源基因去除”技术等有关术语见诸中文杂志和报刊。“Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ”原为“ＧＭ－Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ”，而ＧＭ既是“ＧｅｎｅｔｉｃａｌｌｙＭｏｄｉｆｉｅｄ”的缩写，也是美国著名的通用汽车（ＧｅｎｅｒａｌＭｏｔｏｒｓ）公司的缩写，所以ＧＭ－Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ改为“Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ”，而在中文翻译时考虑该技术的实际作用以“外源基因清除”技术为中文术语为宜。

致谢

此文经卞晨光先生同意，对Ｇｅｎｅ－Ｄｅｌｅｔｏｒ的描述文字引用了卞晨光先生在《科技日报》上的报道。文中有关图片转自于李义（Ｌｉｅｔａｌ．，２００７）等并作适当修改，已经ＩＳＢＮｅｗｓＲｅｐｏｒｔ同意，在此一并致谢。

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