生物育种新技术作物的安全管理

黄耀辉，王艺洁，杨立桃，焦悦*，付仲文*

1.农业农村部科技发展中心，北京 100176；2.上海交通大学生命科学技术学院，上海200240

1994 年，全球第一个转基因延熟番茄Flavr Savr 在美国商业化生产，标志着农作物转基因育种技术新时代的到来［1］。1996 年，美国相继批准了抗除草剂大豆、抗虫棉花和抗虫玉米等作物的商业化生产和应用，转基因食品也随之进入消费链。针对转基因作物及其产品的商业化应用，全球围绕其安全性展开了深入的讨论，并颁布实施了一系列关于转基因生物安全检测、评价、管理和标识等方面的法律法规，以保障消费者的知情权和选择权［2］。

近年来，随着分子生物学技术的迅速发展，基因编辑、RNA 干扰（RNA interference，RNAi）、同源转基因技术等生物育种新技术（new breedings techniques，NBTs）已经被逐步开发并应用于作物的育种研究，其中基因编辑技术由于其对特定位点的定向编辑功能，已经广泛应用于基因功能研究和作物育种，并开发出了作物新品种，如防褐变的蘑菇［3］和苹果［4-5］、品质改良的玉米［6］等。目前报道的基因编辑系统主要包括：归巢核酸酶（meganucleases，MN）、寡核苷酸定点诱变（oligonucleotide-directed mutagenesis，ODM）、锌指核酸酶（Zinc-finger nuclease，ZFN）、转录激活因子样效应核酸酶（transcription activator like effector nucleases，TALENs）和成簇的规则间隔短回文重复系统（clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein，CRISPR/Cas）［7］。其中，CRISPR/Cas 系统因为效率高、操作简便，已成为最主要的基因编辑工具，并在此基础上开发出了大量针对不同前间隔序列邻近基序（protospacer adjacent motif，PAM）和碱基的编辑系统。在基因编辑过程中，位点特异性核酸酶（site-directed nuclease，SDN）可以在基因组特定位点处进行剪切造成基因组DNA 的断裂，然后利用细胞内DNA 双链断裂（double strand break，DSB）修复机制实现对特定DNA 序列的编辑，在靶位点实现核苷酸缺失、添加或替换。国际上将利用SDN 获得的基因编辑产品分为3 类：SDN-1、SDN-2、SDN-3。SDN-1：不涉及同源重组修复，未引入外源DNA片段，仅在特定位点处产生双链断裂后，利用非同源末端连接（non-homologous end joining，NHEJ）方式进行修复，最终在靶位点造成点突变或少量几个碱基的插入或缺失；SDN-2：利用同源修复模板，使用同源定向重组修复（homology directed recombination repair，HDR）方式进行双链断裂后的修复，最终在靶位点造成少量碱基（一般少于20 bp）突变；SDN-3：使用HDR方式在双链断裂处插入外源基因片段（可多达几千个bp），造成外源基因DNA 片段插入［8-9］。与传统的转基因技术相比，CRISPR/Cas 基因编辑技术对于基因组的编辑具有靶特异性、效率高、精确性高、周期短等优点［10］。自2012 年以来，CRISPR/Cas9 迅速成为NBTs 中应用最广泛的技术，在主要作物品种，如水稻、小麦、大豆、玉米、棉花、油菜、大麦等培育方面取得了巨大进展［11］。Sun 等［8］运用CRISPR/Cas9 技术敲除水稻淀粉合成过程中的关键调控酶SBEⅡ，得到高直链淀粉和抗性淀粉含量分别提高到25.0%和9.8%的新品种。Shi 等［12］通过CRISPR/Cas9 技术在玉米ARGOS8基因上游非编码区插入玉米GOS2 启动子替代天然启动子，产生了抗旱性增强的新品种。

虽然以CRISPR/Cas 为代表的基因编辑技术已经广泛用于作物新品种的育种研究中，并开发了一些新的品种。但由于基因编辑过程中利用了农杆菌介导等转基因技术手段，且产生了基因组特定DNA 序列的非自然变异或者突变，因此，对于基因编辑等生物育种新技术产品的安全性仍然值得思考和研究。全球各国科学家对生物育种新技术产品的安全性非常关注，本文将其与传统的转基因技术进行比较，旨在科学和安全的前提下，推进生物育种新技术产品的研究和商业化应用。

1 各国对生物育种新技术产品管理的政策法规

各国对生物育种新技术产品的态度不同，管理法规及监管方式也各不相同，汇总情况见表1。

表1 各国NBTs管理法规及政策Table 1 Various countries NBTs management regulations and policies

1.1 美国

美国对生物技术产品的管理主要依据1986年颁布的《现代生物技术法规协作框架》，框架指定了3 个生物技术产品的管理机构，即农业部（United States Department of Agriculture，USDA）、环保署（Environmental Protection Agency，EPA）以及食品药品局（Food and Drug Administration，FDA），3 个部门依据不同的法律，对生物技术产品分别进行管理，各自行使不同的职责［13］。在协作框架中，USDA 和FDA 有着更重要的作用，EPA较为谨慎，发挥的作用有限，而3个部门对于基因编辑产品的监管意见基本一致。

2018 年3 月，USDA 宣称对于没有利用有害植物或植物害虫开发的基因编辑植物，如果其终产品与传统育种生产的产品无法区分，则不对其进行监管［14］。2020 年5 月，USDA 发布其对于生物技术产品的最终管理规则——可持续的、生态的、一致的、统一的、负责任的、有效的（sustain-able，ecological，consistent，uniform，responsible，efficient）规则，该规则免除了大多数基因编辑植物的监管，并允许研发人员对照该规则确定他们的产品是否符合豁免监管的要求［15］。FDA 通过评估产品的纯度、效力、安全性和标签，以保障产品食用和饲用的安全性，其秉承自愿咨询原则。首先，研发人员根据需要向FDA 提交安全和监管评估报告，FDA 会向其反馈并协助解决安全问题。随后，FDA 会向研发人员发送一份声明，声明该产品没有安全问题，但研发人员有义务确保产品市场的安全。2021 年，FDA 完成了对首个基因编辑植物品种——增加油酸含量的基因编辑大豆的咨询，由于用该大豆榨取的豆油具有“使其与传统同类产品有实质性不同”的成分差异，因此FDA 将其大豆油标记为“高油酸大豆油”，但对其中所涉及的基因编辑过程没有任何异议［16］。

新型农药在美国销售和使用前，需EPA 根据《联邦杀虫剂、杀菌剂和杀鼠剂法案》对其进行评估，以确保不会对人类健康和环境造成危害。植物内置式农药（plant-incorporated protectants，PIPs）即转基因植物活体产生的具有农药活性的物质属于生物农药，也在EPA 的管理范围内。2020 年，EPA 表示有意修改PIPs 的监管模式，旨在豁免一些由生物育种新技术，如基因编辑技术生产的、与通过常规育种产生的PIPs 相似且对人类或环境不会造成风险的生物农药［17］。与USDA 的SECURE 规则一样，EPA 拟修改其监管原则：研发人员若认为其产品可以免除监管，则可向EPA 提出申请。

综上所述，美国对于生物育种新技术产品的监管遵循个案分析原则，研发人员自行评估产品是否符合免除监管的条件，并向监管机构提供产品信息进行佐证。监管机构根据各自程序及要求对该产品做出最终裁定。

1.2 阿根廷及南美洲国家

阿根廷作为世界上转基因生物安全性评估监管体系完备的国家之一，参与《卡塔赫纳生物安全议定书》（Cartagena Protocol on Biosafety，CPB）的制定，由于最终产品的监管情况可能存在很大差异，因此很难达到最终产品监管的通用标准，只能通过产品个案分析确定某种NBTs 作物是否为转基因生物［18］。2015 年阿根廷成为首个公开发布NBTs监管决议的国家，制定了针对基因编辑植物的政策（第173/2015 号决议），主要是通过个案分析来评价新品种，如果没有遗传物质的新组合，则该产品为非转基因产品；如果在产品开发中使用了转基因技术，而最终产品不含转基因，则该产品也被归类为非转基因产品［19］。

对于SDN-1 和SDN-2 类型的产品，植物基因组中的修饰通常是删除少量核苷酸，阿根廷一般不将其视为转基因作物进行监管。然而，通常在新作物的中间世代含有SDN 基因，在这种情况下，申请人必须出示证据，证明通过异源杂交从最终产品中去除SDN 基因，否则仍可能是转基因生物［19］。SDN-3 类型的基因编辑作物通常引入外源基因，在大多数情况下，该构建体可以编码新蛋白质或功能元件，含有遗传物质的新组合，因此将被视为转基因作物［19］。SDN-3 中存在特殊情况——等位基因替换，该作物与传统育种方法的结果完全没有差异，已有观点表明它可能不被视为转基因生物，但是开发人员必须提供分子特征来证明该作物完全按预期获得遗传变化［18］。

南美洲的几个国家纷纷效仿阿根廷（表1），智利（Resolucion 1523/2001，2017）、巴西（Normativa 16，2018）和哥伦比亚（Resolucion 29299，2018）均使用个案分析的方法建立了非常相似的流程［20］。

1.3 欧盟

欧盟对生物技术/转基因作物的接受程度不高，欧洲种植转基因作物是由于欧洲玉米螟的侵扰，自2016 年以来，只有西班牙和葡萄牙种植了转基因Bt玉米。2019 年，西班牙和葡萄牙分别种植了107 130 hm2和4 753 hm2的转基因玉米，共计111 883 hm2，比2018年减少了7.5%［21］。欧盟对于转基因作物的监管更注重过程而非结果。指令2001/18/EC中，将转基因生物定义为一种遗传材料以非自然方式发生改变的生物，只有在指令制定10 年前就已经上市的人工诱变品种免于限制［22］。根据食品法典，欧盟委员会实施法规（EU）503/2013 和指令（EU）2018/350（对指令2001/18/EC 的修订），欧盟种植转基因作物的组织必须提供有关植物物种及其所进行的基因改造的详细信息。每种作物均由欧洲食品安全局（European Food Safety Authority，EFSA）转基因生物小组（Genetically Modified Organism，GMO）评估，评估内容包括对人体的潜在毒性、致敏性以及对环境构成的潜在风险，评估通过后还需要植物、动物、食品和饲料常务委员会（Committee on Plants，Animals，Food and Feed，PAFF committees）的27个成员国代表投票表决，至少55%的成员国赞成且支持的成员国至少代表欧盟总人口的65%才能获得批准。

对于基因编辑生物，欧盟法院于2018 年7 月25 日裁定，通过基因编辑获得的生物属于转基因生物，且原则上受转基因生物管理条例规定的约束。欧洲科学院农业应用联盟（Union of European Academies for Sciences Applied to Agriculture，UEAA）发表声明称，随着科学知识的进步和基因组编辑等技术的发展，欧盟应调整转基因生物的相关法规以适应科学的进步。欧盟首席科学顾问小组（Chief Scientific Advisors，CSA）建议根据最终产品的特性而不是生产方法进行立法，它强调需要考虑“当前的知识和科学证据，特别是基因编辑和已建立的其他基因改造技术”，创造出一个有利于创新的监管环境，以便“社会可以从新技术中受益”。欧盟法规的制定必须考虑到生物技术在可持续农业以及在动物或植物健康方面发挥的重要作用，可能在不久的将来，欧盟对基因编辑等生物育种新技术作物会采取更利于其发展的监管政策。

1.4 日本

在日本，转基因植物产品的商业化需要获得食品安全、饲料安全和环境安全的批准。厚生劳动省（Ministry of Health，Labour and Welfare，MHLW）、农林水产省（Ministry of Agriculture，Forestry，and Fisheries，MAFF）、环境省（Ministry of the Environment，MOE）和文部科学省（Ministry of Education，Culture，Sports，Science and Technology，MEXT）4 个部门共同参与了监管框架的建立［23］。随着基因编辑技术的发展，日本监管机构也将目光聚焦于此，并于2020年初由MHLW 为用作食品和食品添加剂的基因编辑产品制定指南，MAFF 为用作饲料和饲料添加剂的基因编辑产品制定指南。指南首先对基因编辑产品进行了界定：通过基因编辑技术获得的全部或部分活生物体和使用通过基因编辑技术获得的微生物生产的产品，其不存在外源基因或外源基因的片段，只是在特定位点存在几个碱基的删除或一段碱基的插入或替换，或者一个或多个碱基的插入是由于酶切位点处修复失败造成的。2020 年12 月23 日，MHLW 发布了最终的基因编辑食品和食品添加剂安全处理指南。该指南将基因编辑食品分为两类：第一类是利用基因编辑技术引入外源基因的食品属于转基因食品，必须进行相应的安全性审查并按照现行基因工程生物法规进行监管；第二类是通过基因编辑技术使生物失去原有基因功能，且在自然界中也可能发生，则此类基因编辑技术不属于传统转基因技术，视为与利用传统育种技术获得的食品等同安全，只需要向政府提供相关信息即可。此外，MHLW 还规定基因编辑品种与常规品种（包括：①常规育种获得的品种；②厚生省已公开信息的基因编辑品种；③已通过安全审查的转基因品种）的杂交后代的衍生食品，上市前无需向MHLW通报［24］。2021 年4 月20 日，MAFF 发布了最终的基因编辑饲料和饲料添加剂的安全处理指南，该指南中对基因编辑饲料的分类及处理方式与MHLW 发布的对基因编辑食品的管理方式一致［25］。这为有意在日本进行商业化生产的研发者提供了商业化途径，研发者可以根据其产品的最终目的来选择不同的商业化途径。

1.5 加拿大

原则上加拿大不存在转基因作物的监管制度，因为没有特定的法规来评估特定的生产过程。《植物保护法》（Plant Protection Act）规定“决定一种新植物是否对人类或环境构成危险仅基于其新的固有特性”［26］，加拿大食品检验局（Canadian Food Inspection Agency，CIFA）对新特性进行了定义：具有新特性的植物（plants with novel traits，PNT）是指一种植物其特征对于加拿大环境而言既是新的，又有可能影响环境和人类健康的安全性。可以使用生物技术、诱变或常规育种技术引入这些性状［27］。2016年，CIFA批准了100项涉及生物技术改造的不同植物事件，这些事件将记录为指导文件资料库中的决策文件［28］。

加拿大不关注开发新品种的育种技术，而是根据性状的新颖性进行监管，这意味着常规植物诱变育种、传统生物技术基因插入或任何新育种技术都可以产生PNT。CFIA 和加拿大卫生部没有明确指出新性状变异程度的范围，通过收集植物育种单位的数据表明，如果一个性状的变异程度超过30%将被视为PNT；相反，如果性状变异程度低于20%，则很可能不会被归类为PNT；在20%～30%范围内，则要求开发者与监管机构联系，以讨论作物的品种和性状再做定义［29］。

1.6 澳大利亚和新西兰

澳大利亚和新西兰在NBTs 的监管上有着相似的结论，但是两国都受其特定的法律和规则约束。新西兰是CPB 的缔约国，而澳大利亚不是。在澳大利亚，基因技术监管办公室（Office of the Gene Technology Regulator，OGTR）根 据2001 年《基因技术协定》管理转基因生物的健康和环境风险［30］。

澳大利亚新西兰食品标准局（Food Standards Australia New Zealand，FSANZ）在2012 年和2013年召集了一个专家小组开展新植物育种技术研讨会，针对如何规范不同的植物育种技术提出了建议。小组将NBTs分为3类。第1类包括同源转基因，SDN-3和转基因作物嫁接，这些作物被视为转基因作物；第2类包括ODM 和SDN-1，它们的衍生产品不应视为转基因作物；第3 类包括在育种过程中与最终植物分离的早期基因技术，如反向育种，对于该类别的产品，专家组得出的结论是它们不是转基因产品，但有必要确认选育过程的可靠性［31］。2019年12月，FSANZ发布公告将重新修订《食品标准法规》中NBTs的定义，并从基于加工和非加工两方面讨论，最后FSANZ 将确保与所有相关方面进行公开沟通［32］。由于受到新冠肺炎疫情的影响，原定于2020 年开展的公开征求意见推迟到2021年，并于2021年12月3日前完成所有公众意见的收集工作。

2 各国对生物育种新技术作物的态度

根据对生物育种新技术作物监管侧重点的不同，可将应用生物育种新技术的国家和地区分为两类，一类是根据产品法规对NBTs 进行监管，如阿根廷、加拿大、日本和美国；一类是基于过程法规对NBTs进行监管，如中国、澳大利亚、欧盟和新西兰等［33］。根据对生物育种新技术作物的接受程度可分为：以美国、加拿大、日本和阿根廷为代表的持开放接受态度的国家，和以欧盟、乌克兰和墨西哥为代表的持保守观望态度的国家和地区［34］。

各国家和地区对生物育种新技术作物的态度并不是一成不变的，随着生物育种新技术的不断进步，态度也随之改变。2019 年5 月14 日，荷兰在欧盟农业和渔业理事会会议要求欧盟委员会在其工作计划中增加对欧盟基因编辑等新兴生物技术的转基因生物立法的审查；2019 年9 月6 日，欧盟理事会芬兰主席要求欧盟委员会提交有关基因编辑监管情况的研究和建议；2019 年11 月8 日，欧盟理事会要求欧盟委员会在2021 年4 月30 日之前提交1 份有关欧盟基因编辑技术现状的研究报告和提案，并附上影响评估。该研究报告于2021 年4 月29 日发布，将新基因技术定义为自2001 年GMO 立法通过以来出现或发展起来的、能够改变生物体遗传物质的技术。EFSA 考虑了欧洲成员国发布的16 项科学意见以及3 项EFSA GMO 专家组关于新基因技术的科学意见，并对其进行了评估和总结。由于没有要求EFSA 对通过特定新基因技术研发的植物提出新的意见，因此，并不会执行该研究报告中审查的科学意见［35］。尽管如此，依然可以从中看出，欧盟对于新技术及新技术作物态度的变化，其对该类技术及产品的监管要求可能会在近期做出调整。

3 对我国生物育种新技术作物安全管理的观点和建议

基因编辑作为当下最具潜力的育种技术，其旨在最大程度减少对作物基因组非预期的改变，通过对特定序列的编辑以及随后的回交和筛选步骤使得改变仅限于靶位点，而不会在基因组其他位置留下可遗传的改变，最终其基因组序列与其亲本的差异可能较小。该技术拥有成本较低、效率高、位点特异的特点。我国在基因编辑技术方面一直处在世界前沿，从2000—2018 年基因编辑领域论文发表总数来看，我国在该领域的研究论文数呈指数型增长。这从侧面表明，我国对于基因编辑技术的利用较为广泛，也说明我国基因编辑技术的管理任务较繁重［36］。

目前，我国按照转基因生物的安全管理体系和办法来管理生物育种新技术作物，这是由生物育种新技术发展的进程和我国国情决定的。一方面生物育种新技术的发展虽然较为迅速，但仍然存在不足，如基因编辑的脱靶效应、非预期效应、无配套的检测验证方法等；另一方面由于公众对转基因作物的认可度不高、对研发商和监管机构缺乏信任，造成公众对转基因生物的态度较为消极，而这种消极态度极有可能会转嫁到基因编辑作物上［37］。要想改变此种局面，建议从以下几个方面做出调整。

首先，加大科普力度和产品信息透明度。对公众进行有关生物育种新技术的科普教育，提高公众的认识，使消费者能够根据自己的理性判断做出明智的决定，而非盲从谣言舆论［38］。要求研发人员如实提交申请材料，并尽可能将产品信息公开，让产品消费者基于事实了解生物育种新技术作物的优缺点。

其次，建议针对生物育种新技术作物建立或修订法规及评价指南，可以借鉴阿根廷和日本的分类评价原则，也可以借鉴欧盟或者澳大利亚的做法，先将所有生物育种新技术进行分类，充分征求各界人士意见之后再采取进一步的措施。

最后，考虑到生物育种新技术发展迅速，现有的检测技术手段较难满足评价需求，建议加大检测技术方法的研究力度和资金投入，完善检测体系，利于生物育种新技术作物的真正落地。