今年諾貝爾化學獎頒給美、法兩位研究「基因體編輯」(Genome-editing)技術的女性科學家,但此技術在醫療上有諸多爭議,在農業應用上,各國學者也看法不一。上週(10月13日)作物精準育種國際研討會在中興大學登場,各國學者正反交鋒。

部分與會學者認為,破壞部分基因片段、讓基因自行修補產生變異的基因編輯技術(SDN1),沒有插入外源基因,和傳統育種無異,甚至可以增加傳統育種效率,不應視為基因改造。

不認同基因編輯的學者則認為,基因編輯會有「脫靶效應」,意即非目標的基因片段可能也會被改變,可能會產生無法預想的副作用。會上便有英國學者指出,很多實驗及文獻裡都出現了染色體混亂、蛋白質異變等,且基因受到干擾可能會產生毒素、過敏原,目前無法證明基因編輯是安全的。

人稱「毛豆先生」的高雄農改場旗南分場長周國隆則認為,文獻上來看,沒有插入外源的基因編輯技術,確實可以縮短育種時間,「技術本身是中立的,是否有爭議則端看應用者初心,究竟是想要『Feeding the world』?還是另有所圖?」

作物精準育種國際研討會(攝影/林怡均)

基因編輯沒有外源基因,打斷基因片段使其自行修補

自「遺傳學之父」孟德爾以降,科學家透過雜交育種改良作物。1960年代出現DNA定序後,現代育種技術蓬勃發展,其中又以基因改造和基因編輯技術引起諸多爭議。

臺灣大學農業化學系教授洪傳揚說明,育種透過作物反覆進行雜交,過程中會產生遺傳變異,篩選出符合人們需求的性狀,例如:不同顏色、果重及株高。但由於自然誘發遺傳變異需要大量雜交樣本,且發生機率低,因此目前傳統育種時會採用物理(Gamma-ray)、化學(EMS藥劑)或是生物誘變三種方式。

對於基因編輯及基因改造技術的差異,洪傳揚說明,基因改造是俗稱的「基因轉殖」,原理為打斷基因後、插入外源基因(註1);基因編輯則是將作物基因部分片段打斷,作物會自行修補,修補時有機率產生突變,但仍可繼續繁衍後代。

洪傳揚表示,傳統育種的缺點在於不夠精準,例如:育出抗病品種的米卻變得難吃。此外,傳統育種需要反覆回交(註2),某些作物生長時間長,育種較耗時,而基因編輯的出現,正是為了讓育種技術更加精準且提高效率。

基因編輯(SDN1)與基因改造(SDN2及SDN3)的差異(資料來源/洪傳揚)

基因編輯技術精準嗎?「脫靶效應」可否克服,學界仍存爭議

不認同基因編輯和基因改造的學者及民間團體認為,這些技術產出作物的食用風險並無評估,且這些技術有「脫靶效應」,意即為非目標基因片段可能也會被改變,可能會產生無法預想的副作用。

例如美國公司Recombinetics在2016年以基因編輯技術培育出無角牛,雖無外源基因,但美國官方卻發現無角牛體內帶有三個來自細菌的抗生素基因。

對於脫靶效應的質疑,洪傳揚表示,基因編輯應用在動物和植物的結果不同,動物若出現基因缺失,可能會是少一隻眼睛或少一隻腿,但植物在育種過程,本就需要大量的變異來做選拔,而脫靶效應若產出非目標性狀,只要淘汰即可。

不過英國倫敦國王學院分子遺傳系教授Michael Antoniou質疑,「基因編輯宣稱與自然突變一樣,那為何可以申請專利?」眾多基因編輯的支持者都認為脫靶效應只要精準控制就危害不大,但事實上,大幅度基因改變會影響其他基因的功能,且很多實驗及文獻裡都出現了染色體混亂、蛋白質異變等。

Michael Antoniou認為,生物基因內的化學作用相當複雜,以「無角牛」為例,基因受到干擾也可能會產生毒素、過敏原,目前無法證明基因編輯是安全的。

英國倫敦國王學院分子遺傳系教授 Michael Antoniou(攝影/林怡均)

基因編輯各國認定不同,歐盟視為基改,美日澳視為非基改

應用基因編輯技術培育出來的作物,以稻米、番茄、玉米、小麥、大豆、棉花及柑橘類作物為大宗,但對民眾而言,食用基因編輯作物安全嗎?

目前美國、日本及澳洲等國官方都已把基因編輯作物及產品視為非基改,但歐盟仍認定基因編輯屬於基因改造。研討會中邀請到美、澳、日及歐洲學者,線上說明各國現況。

日本國立研究開發法人農業與食品產業技術綜合研究機構的推廣辦公室主任 Yutaka Tabei則表示,基因編輯產品只要沒有外源基因就不受管制,且因對環境沒有疑慮,因此也不需強制標示是否為基因編輯。

澳洲衛生部基因技術監管部執行主任Neil Ellis說明,澳洲境內所有基因改造作物所製產品,從生產到運輸出口都會受到管制,當初為擬新法規,搜集上千份民眾意見,民眾因擔心食安幾乎都持反對意見,但基因編輯沒有外源基因,也難以辨別,因此去年10月修法後不再管制。

瑞士蘇黎世聯邦理工學院植物分子生物教授 Wilhelm Gruissem表示,瑞士雖不屬於歐盟,但會遵循歐盟法規,現在基因編輯仍被歐盟認定為基因改造。近兩年來,法國已向歐盟法院提出要求,希望基因編輯作物可不再受限,歐洲理事會也認為基因編和傳統育種沒有差別,已要求歐盟法院提出研究報告,明年4月歐盟會做出決定。

美國柯迪華公司技術發展部全球法規負責人Maria Fedorova則表示,基因編輯與傳統育種結果既然分不出來,就不應區分兩者,但她坦承,「基因編輯作物的食用安全需要更多資料佐證。」

基因編輯技術應用作物有稻米、番茄、玉米、小麥、大豆、棉花及柑橘類作物(資料來源/Maria Fedorova)

我國目前仍認定基因編輯為基改,禁止種植

1995年至今,我國先後已有學者投入木瓜、水稻、馬鈴薯、青花菜、矮牽牛、蝴蝶蘭、菊花、香蕉、鳳梨、文心蘭等作物的基因轉殖研究,但農委會在2011年宣告不支持食用作物基因改造品系研發,目前衛福部的《食品安全衛生管理法》仍將基因編輯認定屬於基因改造。

臺灣大學農藝學系名譽教授郭華仁長年反對基因編輯及基因改造,他表示,近幾年已有不少文獻指出基因編輯會產生諸多副作用,顯然此技術並如宣稱那般精準;且美國在今年9月已可檢測出抗除草劑的基因編輯油菜,與傳統育種無異的說法也不攻自破。因此,他建議農委會仍應維持禁止基因編輯和基因改造作物的種植。

臺灣大學農藝學系名譽教授郭華仁(攝影/林怡均)

台版越光米育種學者:基因編輯可加速分子輔助選種

臺灣大學農藝學系教授林彥蓉以分子輔助選種育成「台版越光米」台南16號,她說明,傳統育種是透過作物外觀不同做選拔,分子輔助選種則是利用電泳來篩選基因,因為不同長度的基因在電泳中移動速度不同、可被分離出來。

對於基因編輯技術,林彥蓉認為,基因編輯沒有外源基因的問題,可以縮短傳統育種上等待植株成長的時間,同時產生新種源,若出現好的抗性,便可作為育種材料,搭配分子輔助選種,育種上會更節省時間且有效率。

傳統育種家:基因編輯最後仍要面對田間的考驗,要將農民放在心裡

作物精準育種研討會上,學者對於基因編輯各執一詞,而國內傳統育種家對於此技術看法則較中立,均認為基因編輯技術本身無謂好壞,是否有爭議端看應用者的初心。

挽救臺灣毛豆產業的「毛豆先生」、同時也是高雄農改場旗南分場長周國隆表示,自己從事傳統育種,對基因編輯的認知來自文獻。他認為,基因編輯技術本身是中立的,也可以縮短育種的雜交試驗時間,以毛豆育種為例,同品種要在田間種下上萬株,然後等待植株成長、最後做選拔,同樣動作重複數次以上,「基因編輯技術如果可以育出耐旱耐淹的品種,也很好啊!」

但周國隆也提醒,基因編輯雖無外源基因,但因為是在實驗室操作,實際在田間栽培要考慮到環境適應性。此外,基因編輯技術之所以爭議大,原因之一就在於技術開發公司多半也販售農藥,以抗除草劑的基因編輯作物為例,反而容易造成農民用藥過量。

我國毛豆育種成果豐碩,皆為傳統育種。(攝影/楊語芸)

另一位不具名的農業研究單位資深果樹育種人員則不認同基因編輯,他表示,基因編輯比傳統育種有效率的說法很有問題,傳統育種者若專心研究,每年育出一個新品種輕而易舉,只是國內研究人員外務繁重,也缺少足夠的人力和經費。

該育種人員也指出,栽培和育種密不可分,田間會受天候影響,與實驗室穩定狀況完全不同,育種家必須將農民需求納入考量,「不是品種育出來就結束了,還要建立農民可以執行的田間管理模式!」傳統育種之所以耗時,便是因為品種要讓各地農民試種、搜集意見反覆修正。

註1:插入外源基因,意即插入其他生物的基因,例如:抗除草劑的基因轉殖菸草。

註2:回交是雜交育種上常用的方法,目的在於導入優良性狀。例如:A品種水稻耐旱但產量低,B品種水稻產量高,A品種和B品種雜交產下後代中,選出耐旱且產量較高的植株,再和A品種雜交,此過程即是回交。回交可能會反覆數次以上,端看有無達到改善原品種目標性狀。

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