在日本进行转基因大豆环境风险评估的密闭田间试验积累熟悉度

回溯档案 2024-11-02 10:20:49

迄今为止,日本已获得160项主要转基因(GM)作物(包括玉米,大豆,油菜和棉花)的环境安全监管批准,在日本,已经对所有包含各种性状的单个事件进行了有限田间试验(CFT)。

这些先前进行的基础研究项目积累的信息,以及其他国家的农艺实地研究数据,为建立对作物的“熟悉”提供了丰富的信息来源。

而在日本提交种植批准申请之前,必须遵循两步批准程序:首先,考虑实验室和温室数据(表征预期性状,包括分子表征研究和生物测定)以及在其他国家(通常是美国)收集的现场数据,进行CFT使用的ERA。

接下来,如果获得CFT批准,则在日本的CFT中种植转基因事件和非转基因控制,以便对植物特征进行比较评估,例如,转基因作物与适当的非转基因近等基因对照品种之间的表型和农艺特征。

而日本监管机构更新了含有熟悉性状的转基因玉米的规定,如果转基因玉米含有以前在日本审查过的转基因,则可以使用其他国家的CFT数据进行电子逆向拍卖。

自2004年以来,在日本实施卡塔赫纳国内法后,共评估了1个转基因大豆事件。咨询了每个大豆事件的开发人员,以确定是否可以发布日本的CFT数据以用于本出版物。

在这<>个大豆事件中,来自<>个事件的CFT数据被孟山都(现为拜耳作物科学)、陶氏农业科学和杜邦先锋(现为Corteva Agriscience)批准用于本出版物。

在这总结了这些事件,包括除草剂耐受性(HT)、抗虫性(IR)和营养改善(NI)性状。在CFT中,将每个事件与相应的近等基因对照线(NIL)进行比较。

生长早期的耐寒性

种子种植在花盆中,并在温室或生长室(20-25°C)中生长,将V1生长阶段的幼苗转移到平均温度保持在约4°C的生长室或平均温度为3°C的开阔地块。

通过目视观察或通过评估植株高度和干重来监测幼苗的存活或损伤(枯萎、褪色和坏死),在2-4周后测量,以确定转基因和NIL植物在耐寒性方面的任何差异。

越冬

收获期过后,未收获的植物被留在试验田上,并受到监测,以确定它们是否在下一个冬季存活下来,直到监测植物存活率直到试验结束,以确定转基因和NIL植物在冬季生存能力方面的任何差异。

花粉活力观察

在开花期从植物上解剖未开封的花蕾,取出内的花药并浸入1-3%碘化钾溶液,亚历山大溶液或乙酰胭脂红溶液中,随后取出含有大豆花粉的溶液样品并在光学显微镜下观察。

观察染色花粉粒与总花粉粒的比例,并测量花粉粒的直径以确定GM和NIL植物在花粉活力方面的任何差异。

收获种子的发芽率和休眠期

收获时,从每个地块的15至48株植物中收集种子,并大量种植种子,将每个散装样品的种子播种在空地或培养皿中,无需任何处理以评估发芽率和种子休眠。

在种植后至少5天,通过计算开放地块中已建立的幼苗数量或培养皿中发芽的种子数量与用于研究的种子总数的比率来确定发芽率。

后续作物试验

收获时,土壤样品(约20×20×20厘米3)从每个地块的几株大豆植物下收集,去除根组织,并为每个样地合成土壤样品,然后将每个地块的田间土壤放入花盆中,种植萝卜种子并在受控环境中保持在25°C,1-2周后,测量萝卜种子的幼苗建立率。

此外,轻轻去除代表性幼苗的土壤,并在热培养箱中干燥幼苗后,测量幼苗的干重。

而大豆植物从田间收获,并在受控的孵化器或温室中干燥,干燥的植物材料用研磨机研磨,粉末材料以0.5%或1%的速率汇集并掺入盆栽介质中,以制成测试土壤。

将试验土壤置于花盆中,种植萝卜种子并在受控环境中保持在25°C,1-2周后,测量萝卜种子的幼苗建立率。此外,轻轻去除代表性幼苗的土壤,并在热培养箱中干燥幼苗后,测量幼苗的干重。

土壤菌群测试

从每个田间地块的植物下方采集土壤样品(约400毫升),并使用稀释板法对土壤微生物进行计数,将每个土壤样品的一小部分子样品与灭菌水或适当的缓冲液混合。

除去上清液以产生第一个稀释溶液(10?1),然后制备十倍的系列稀释液,将每种稀释液的等分试样接种到用于丝状真菌的玫瑰孟加拉琼脂培养基和用于细菌和放线菌的PTYG琼脂或类似培养基上,然后将平板在25°C的黑暗中孵育7天。

使用每种培养基的几个重复板和稀释液,以及含有最佳菌落密度(10-300个菌落形成单位;CFU)被计算在内。计算细菌、放线菌和丝状真菌CFU的总数,并以每1 g干燥土壤的CFU数量报告。

异交测试

非转基因NIL植物被种植在与转基因植物相邻的田间场地,并且两种植物都生长到成熟,为了评估从转基因植物到非转基因NIL植物的异交,从非转基因NIL植物中收集种子,随后在开放地块或盆栽中种植并生长到V2-V4阶段,并在温室中生长。

为了确定是否发生了异交(即非转基因NIL后代中存在转基因性状),非转基因植物的后代要么喷洒除草剂(与转基因植物中除草剂抗性状相对应的除草剂),要么通过PCR表征(检测转基因的DNA序列),要么通过侧流免疫层析测定法评估(检测转基因蛋白)。

发育早期和越冬的耐寒性

为了评估耐寒性,评估了转基因和非转基因NIL大豆植株在生长室(4°C)或开阔地块的低温下生长后的健康和生存能力。

在所有11种CFT中,所有转基因和非转基因NIL在这些低温条件下生长2-5周后枯萎,与各自的非转基因零排放对照相比,任何转基因大豆事件之间都没有报告差异,这表明这些转基因性状并没有增加转基因植物对寒冷的耐受性。

同样,当转基因植物与非转基因NIL对照植物进行比较时,它们在冬季生存的能力没有差异,所有植物,无论是转基因还是非转基因大豆,都会枯萎,无法在越冬试验中幸存下来。

花粉活力和大小

染色后,在显微镜下观察来自转基因和非转基因NIL植物的花粉以确定活力,对于定量分析的任何事件,转基因大豆事件的花粉活力(染色%)及其各自的非转基因NIL对照没有统计学上的显着差异。

收获种子的发芽或幼苗建立率

转基因大豆和非转基因NIL对照的收获种子的G/SE率是通过在收获时收集种子并将其重新种植在空地或培养皿中来衡量的(J-BCH)。

对于11个CTF的所有事件,转基因大豆和非转基因NIL控制大豆的发芽率或建立率相似,超过90%。

成功的作物和犁耕试验

为了评估转基因大豆植物对后续作物的潜在影响,萝卜种子被种植在转基因或非转基因大豆田地的土壤中(后续作物测试),或种植在含有地面转基因或非转基因大豆植物组织的介质中(犁入测试)。

在这两项测试中,在任一评估下种植的萝卜植物的G / SE率或干重均未观察到统计学上的显着差异,表明转基因大豆不影响后续作物发芽或生长的能力。

密斯罗菌群试验

与从非转基因对照中收集的土壤相比,从转基因大豆植物收集的土壤中微生物(细菌、放线菌和丝状真菌)的数量没有统计学上的显着差异。

异交测试

使用转基因大豆作为花粉供体,并评估从非转基因对照(种植在转基因大豆地块附近)获得的大豆种子,以确定是否有任何杂交后代种子含有转基因。所有11个转基因大豆事件的异交率一致且较低,其中大多数事件的异交率为0%。

少数高于0%的事件的异交率为0.10-0.23%,这仍然在文献报道的自然异交率范围内。

CFT的农艺数据的其他分析:相关性分析

为了更好地可视化转基因大豆和非转基因大豆之间的任何差异,并确定任何潜在的意外影响,还使用二维相关性分析比较了与竞争力相关的农艺终点,观察到非转基因大豆(X轴)每个测量终点的平均值存在一系列变化,转基因大豆(Y轴)也是如此。

每种转基因大豆与其相应的非转基因大豆对照之间的平均值不一定相等,但代表每对的单个数据点分布在Y = X附近,并且在大多数测量终点中观察到很强的相关性(R ≥ 0.80)。

此外,在这些终点上,转基因大豆和非转基因对照大豆之间没有观察到统计学上的显着差异,从起始种子发芽率相关性较低,到对于该终点,用于储存或处理用于每种CFT的种子的条件的差异可能导致此处观察到的起始种子发芽率的变化,起始种子发芽率的差异不太可能与生物学相关。

结论

另外在日本针对不同转基因大豆事件进行的所有11种CFT的结果显示,对这三个评估终点没有不利影响。

在所有这些比较中测量的测量终点报告了转基因大豆和非转基因比较器在某些事件(例如,G/SE 速率、主茎长度和节点数,和每株谷物重量和100粒的重量),进行了生物学相关性评估。

参考文献

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【3】Garcia-Alonso M,Hendley P,Bigler F,Mayeregger E,Parker R,Rubinstein C,Satorre E,Solari F,McLean MA (2014)用于转基因植物环境风险评估的有限田间试验数据的可运输性:概念框架。转基因研究23:1025-1041。

【4】Hymowitz T,Singh RJ (1987)分类学和物种形成。在:威尔科克斯JR(编辑)大豆:改进,生产和使用。美国农学学会,麦迪逊,第23-48页。

【5】Nakai S,Hoshikawa K,Shimono A,Ohsawa R (2015)限制田间试验数据从种植到进口国的可运输性,用于转基因作物的环境风险评估。转基因研究24:929-944。

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