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美国开卖不褐变的转基因苹果

文_史 军

2017-05/总第254期

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不会褐变的极地苹果。这种苹果于2015年2月通过美国农业部审批,2015年3月通过FDA审批,即将在美国上市(图片来源:Okanagan Specialty Fruits)


苹果是一个符号。在整个水果界,再也找不出一种水果比苹果承载更多的含义和象征性。从伊甸园的禁果到医生绕着走的良药,从恶毒皇后的道具到科技进步的象征。而如今,苹果将再一次颠覆人类的认知,甚至生活习惯。一种名为“极地苹果”(Arctic Apple)的苹果即将出现在美国水果市场的货架之上。粗看起来,这只是新品上市,水果商所做的一件再简单不过的事情。但注意了,这可是美国第一种商业化销售的转基因苹果。人们还莫衷一是地讨论着这事是推开了天堂的大门,还是打开了潘多拉魔盒。但毫无疑问的是,人类开启了水果培育的新时代。而这个时代的到来,仅仅是因为切开的苹果会变色。


苹果褐变,不是麻烦的麻烦

生活中总是会碰到一些不是麻烦的麻烦,比如有个技术宅不知哪根筋抽了,收拾了屋子,浇了花,给老婆削了一个大苹果,切成小块插上牙签,安静地等老婆回家。2个小时之后,老婆回家。宅男得到的并不是老婆的夸赞,而是一堆关于生活常识的数落,因为苹果都变黑了……

这种变化其实来自于正常的氧化反应,一种叫做“褐变”的过程。在植物中存在很多原本无色的多酚类的物质。这类物质能跟氧气结合,产生一些有色物质,这就是褐变。

不过,多酚类物质更像是超级宅男,即便是氧气这种性格超级活泼的“美女”在眼前晃荡,“宅男”也依然静悄悄地毫无反应。要想发生点激烈的故事,还需要点花火,而植物细胞中还真有这种火花,那就是多酚氧化酶(PPO)。

在健康的植物细胞中,多酚和多酚氧化酶是老死不相往来的两类物质,它们一个住在液泡里,一个住在类囊体中,只有当细胞受到破坏时,两种物质才能结合在一起。在PPO的炽烈催化之下,多酚类物质和氧气迅速结合,果肉变色也就在所难免了。

不单单是苹果,这种变色问题存在于很多蔬果之中,比如香蕉、桃子、梨、莲藕、土豆的洁白之躯都会因为酶促褐变而穿上棕色外套,让人食欲顿失。


如何让苹果“守身如玉”

为了对抗褐变,可以从3个层面入手,一是隔绝氧气,二是减少多酚类物质或者增加抗氧化剂,三是降低多酚氧化酶的活性。

隔绝氧气似乎最容易实现。各种生活小妙招也因此衍生而出,比如把切开的苹果泡在盐水里,这种做法就可以将讨厌的氧气隔离开。但是盐水并非总是唾手可得,要想随时随地完全对抗氧气的干扰,并不是一件容易办到的事情。况且泡过水的苹果,滋味总会大打折扣。

至于降低多酚类物质的含量,这个做法更是困难,植物体内,产生这些物质的反应实在是太多了,并且这种物质还在一些生理过程(比如抗氧化)中扮演着重要角色,如果完全将其剔除,后果很难预料。

既然干柴和氧气都必须有,那只能从火花身上想办法了。彻底一点的方法就是让PPO彻底失去活性,最简单的方法就是加热!比如在100℃的沸水中将莲藕汆烫70秒,就可以让所有的多酚氧化酶失去作用。只是土豆莲藕固然可用这种方法,那些煮熟的苹果味道却不是人人喜欢。

目前在大规模商业生产中,其实是使用抗氧化剂解决这个问题的,比如适当地添加喷洒维生素C。维生素C比多酚类物质活泼,就可以在很大程度上抢先结合氧气,让多酚类物质免遭氧化。但是这样做也有个问题,费钱啊,那些抗氧化剂也得用钱买啊。别小看这笔开支,据统计,市售切片苹果中,30%40%的成本用在了抗氧化剂上。

终于,科学家决定用一个快刀斩乱麻的解决办法让果实中的PPO失去活性,或者干脆不产生PPO。直接把苹果的酶促褐变火种给没收了,不就解决褐变问题了吗。要实现这个目标,就要仰赖于一种叫RNA干扰(RNAi)的转基因技术。


从加法到减法,躁动的基因也会失声

在公众的传统印象中,转基因就是把来自其他生物的基因塞进目标生物的基因组里。想抗病,加个抗病基因;想抗寒,加个抗冻基因;想抗虫害,加个“变态”基因(Bt基因,合成Bt蛋白的基因)。所有的遗传学家和分子生物学家都在那儿塞啊,塞啊……

但这种加法终究不能解决所有问题,有时候塞进去的基因根本就不工作,有时不但不工作,甚至还拖后腿。1990年,有位叫理查德·约根森的科学家想获得一种深紫色的矮牵牛,于是把一段加挂强启动子的色素基因给插到了紫色矮牵牛的基因组里面。按理说,合成色素的基因多了,那合成的色素理所当然应该增多啊。但是问题来了,这些转基因矮牵牛的颜色没有变深,反而变白了。

琢磨来琢磨去都想不通,为啥会有这种奇异的事情出现。按理说,人多力量大,基因多了强度高,苹果就是因为合成蔗糖的基因远多于其他蔷薇科植物,才会成为甜蜜水果的象征。但为啥把矮牵牛的色素基因拼在一起,就变成了一加一小于二了呢?遗憾的是,约根森也没有细想,就给这个现象起了个名字叫“共抑制”。意思就是同源基因掺和到一起,可能会产生互相抑制的结果。这事儿就这么草草过去了。

在随后的近10年时间里,一堆科学家们仍然热衷于向各种生物中塞新基因,大家都忙得不亦乐乎。大家也都多多少少碰见了约根森碰见的事情,并且地球上所有类型的生物都不能逃脱这个魔咒。但是,很少有人细究这个事情。

时间一下子就过了近10年。机会总是属于那些喜欢较真儿的人。正当其他科学家在为共抑制而烦恼的时候,安德鲁·法厄与克雷格·梅洛却发现了其中的机会——既然插入的同源基因序列可以干扰正常的基因表达,甚至关闭生物体中的基因,那我们不是正好可以用这种办法来关闭一些基因吗。说干就干,1998年的时候,法厄用一种叫秀丽隐杆线虫的模式动物,验证了自己的想法。随后的两三年中,这种机制在果蝇、小鼠和人体细胞中,陆续得到验证。

一个看似转基因巨大障碍的难题,却变成改造生物基因的一条全新道路。法厄与梅洛因此获得了2006年度的诺贝尔生理学或医学奖。从添加功能,到关闭功能,这是人类对基因功能认识的一大飞越。

利用这个原理,我们可以做很多事情,比如关闭肿瘤基因,关闭过敏患者的特定基因,当然,这次培育出极地苹果的奥卡诺根特色水果公司正是利用这项技术,通过插入更多份苹果中本来就有的PPO基因,将苹果中的PPO基因尽数关闭,从而让苹果长时间维持在雪白的状态。


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切开8小时后的普通苹果(左)和极地苹果(右)(图片来源:Okanagan Specialty Fruits)


全新的技术,必然会带来一系列新的需要思考的问题。有些媒体表示了对新的技术带来问题的隐忧。公众会不会以褐变速度判断是否是转基因产品?这种改变会不会导致病虫害多发,从而增加农药用量?酶系统的转变,会不会影响传粉昆虫的安全?还有人担忧,苹果的健康之果形象会不会因此崩溃?甚至有流言说极地苹果即使腐烂都不会变褐色——这当然是假的。极地苹果跟其他苹果一样,腐烂时也会变色,它只是不会因PPO酶而褐变而已。

无论如何,这个沉默的基因,就这样沉默地到来了。极地苹果的市场反应好坏,基因改造的前景如何,CRISPR等更精准的基因编辑技术又能否很快在农业中推广应用,答案只能交给时间来检验。■



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