转基因作物中“突变”产生毒性其实没那么有威力
植物分子生物学博士
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发表于2014-12-18 20:14
转自果壳网
前天讲了下转基因作物中产不产生“新的未知蛋白”的问题。今天谈谈一个大家更熟悉、但很多情况下也不是很清楚的词：“突变”。
说到突变，人们头脑中冒出的第一印象估计就是哥斯拉、蜘蛛侠、绿巨人等等这些由于突然事故而长的奇形怪状或者拥有了神奇能力的形象。所以经过这些影视作品的“洗礼（nao）”，人们头脑中常常将“突变”和“有害”或“不寻常”划等号。因此很容易出现这样的疑问：
那么，突变究竟是什么？
其实，突变的概念很简单——DNA的序列发生了改变，这就是突变。当然，突变下还能划分成很多类型，比如单个碱基改变造成的点突变，以及一段序列的插入、缺失，等等。
自然界有很多因素能引起突变，比如阳光中的紫外线就是一个引起突变的重要因素。此外地壳中放射性物质的释放、病毒的感染等，都能导致突变的产生。这就是所谓的“自发突变”。
虽然引起自发突变的因素很多，但实际上，生物体内发生突变的概率却非常小。小到什么程度？以人的细胞来说，每分裂一次产生的新细胞和上一代相比，平均只会产生不到100个单碱基突变（准确的说，人类细胞突变的概率是2.8×10-8每碱基每代）。这相对于含有30亿个碱基对的人类基因组来说，真是沧海一粟。正是因为自发突变的概率太低了，因此当人们想多生产一些突变的个体时，就要用上各种手段——这就是人工诱变。辐射育种就是人工诱变的经典例子。而电影中的那些“突变形象”，大抵也算得上是多少经过了“人工诱变”——想想看，哥斯拉也是要在核试验场才能产生的。
但是，发生了突变，离怪物和超能力产生还远着呢。就跟刚改了产品策划就想着产品热卖纽约上市一样，做梦。
我们知道，DNA只是记录了遗传信息，而这些信息要表达后才能执行功能。要让生物产生出看得见的变化（生物学上称作表现型的变化），突变能够改变表达产物才行。然而在人类DNA序列上，只有10%~20%的序列是编码蛋白的，而且在表达蛋白的序列中，还有超过3/1的碱基改变并不引起蛋白序列的变化——更何况即使蛋白序列变化了也不一定改变蛋白的功能。即使按照最新的数据，将有功能的非编码区也算在内，那么依然有超过40%的碱基位置，其变化不会影响表达产物。
那么要是突变的确使得表达产物功能改变了呢（这个概率已经可以刮彩票中头奖了）？恭喜，新产品已经做出来了，但是和在纽约上市依然离得远——你这个新产品用的范围有多大？一个乡村作坊的新产品，充其量也就影响这个乡村罢了。生物体也一样。
对于生物体的绝大多数细胞来说，每个细胞都有自己的细胞核，里面有自己的DNA，所以，这套DNA只能掌控这一个细胞内自己的一亩三分地（能够转移的激素、小RNA等，倒是能够影响其他细胞，但只是影响其他细胞的生理状态，而不引起突变）。所以问题就出在这里：即使发生了有新功能的突变，这个突变也仅存在于这一个细胞，以及由这个细胞发育来的子代细胞。
所以，如果将一只蜥蜴送入辐照站来试图将它变为哥斯拉，那么你可能要失望了——因为即使蜥蜴没有死亡，最大的可能也只是得到一只长了肿瘤的蜥蜴——因为辐射只能使得体内的一些细胞发生突变，而其中一些突变的细胞失去控制的分裂产生了肿瘤。所以，绿巨人的真实结局应该是长满肿瘤，而不是变得力大无穷。
当然，只有一种情况能让全体细胞发生突变：那就是让生殖细胞发生突变，并且让这个生殖细胞能够顺利的发育成下一代个体。而对于植物来说，突变还可以发生在芽尖上，并让芽尖发育成完整的枝条甚至个体。只有这样，突变才能被传递到后代，这种突变才是有意义的。然而，加上“让特定的细胞产生突变”这条限制，要自发产生有着奇奇怪怪性状的个体就更少了——可以买彩票中头奖了。
所以回到开始提出的那个问题中，我们可以看到，无论是昆虫的蛋白发生改变“变得像人类一样”，还是作物自身发生改变“产生毒性”，都是一个概率非常小的事件。
那么会有人说了，那既然概率这么小，那么为什么会有抗药害虫的产生，而一些植物的确有毒啊！
其实，这就是个体数量和时间的功劳了。生物都能够大量的产生后代，而后代越多，出现突变的个体的概率越大，将突变的性状传递下去的可能性也就越高。而当这个性状具有优势的时候，才越有可能通过筛选而保留。对于昆虫抗药性来说，正是由于昆虫卓越的繁殖能力，以绝大多数个体死亡的代价筛选出了抗性个体，所谓“一将功成万骨枯”。因此在对害虫进行防治的时候，需要通过轮作，或者建立“保护地”来抵抗和延缓抗药性的产生。而有毒性的植物产生的过程类似，一株个体以中头奖的概率获得了“产生毒素”的性状，也要成功的存活下去，产生足够多的后代、并显示出更多的生存优势，才能让“产生毒素”这个性状的个体越来越多。简而言之，要让一个新的突变成为主流，需要足够大的繁殖力，并让足够多的后代存活（无论是运气好还是更有生存优势）。而这一切，意味着需要花费足够长的时间。
而对于大田中生产的农作物来说，一个新的突变能够存留下去的概率太低了——因为其绝大多数个体和产生的后代（果实、种子），都被人类吃掉和消费掉了。而能够延续下去的个体，又是经过人类严格监控和选择的——无论是过去农民朴素的看外观品口感，还是现代科学基于分子水平的检测。前面问题中疑虑的农作物“产生毒性”的突变，即使在一两个个体内发生了，也无法传递，更无法成为主流。所以，与其担心转基因农作物由于突变“产生对人的毒性”，其实还不如担心自己晒太阳变成绿巨人——嗯，或许是小绿人。
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