我國是大豆（Glycine max (L.) Merr.）的原產國，但隨著人口增長和經濟發展，國內大豆產能逐漸無法滿足人民群眾的日常需求。每年進口的糧食作物中，大豆的進口量最大，自2012年起我國進口大豆依存度保持在80%以上，2018年國內大豆產量僅為1596.71萬噸，而進口量達8804萬噸。自2004年起至今，先後批准孟山都、巴斯夫、先鋒、杜邦、拜耳、陶氏益農國際農業生物公司研發的近20種轉基因大豆作為加工原料進口，其中包括10種抗除草劑大豆。轉基因大豆的產量、價格優勢，給國內大豆產業帶來巨大沖擊。因此在我國商業化種植抗除草劑轉基因大豆具有重要意義。可喜的是，目前我國已經有多個自主智慧財產權的轉基因大豆品種獲得了農業部頒發的安全證書，有望在我國實現商業化種植。
轉基因大豆商業化種植可能的生態風險之一是其抗性基因透過花粉向近緣種野生大豆 (Glycine soja Sieb.et Zucc.) 的基因漂移。我國是野生大豆的起源和遺傳多樣性分化中心，野生大豆是栽培大豆的直接祖先，在大豆起源與進化的研究中具有重要的價值。中國野生大豆和大豆是同屬G染色體組，兩者沒有生殖隔離，容易雜交，且分佈區域重疊度極高。轉基因大豆引入農田生態系統後轉基因可能透過花粉介導從大豆漂移到當地的野生大豆，並可能透過提高某些環境下雜交種的適合度增加轉基因大豆的雜草化風險，同時也威脅野生大豆的遺傳多樣性。
雖然花粉介導的轉基因作物和野生近緣種的基因漂移依賴於許多因素，但由遺傳背景決定的親和性是關鍵因素。不同種群野生大豆的遺傳變異可能會導致其與轉基因大豆的親和性存在較大差異，因此評價轉基因大豆與不同種群野生大豆的親和性是評估轉基因大豆與野生大豆基因漂移環境風險的必要環節。
近期，南京農業大學生科院雜草研究室宋小玲教授領銜完成的題為“Sexual compatibility of transgenic soybean and different wild soybean populations”的研究論文在Journal of Integrative Agriculture (《農業科學學報》(英文)，JIA) 2022年1期正式發表。
該研究透過計算親和性指數 Index of cross sexual compatibility（ICSC）來評估抗草甘膦轉基因大豆與不同種群野生大豆的親和性。在瞭解不同地區野生大豆與轉基因大豆親和性基礎上，制定轉基因大豆與野生大豆的親和性評價體系，為評估轉基因大豆向野生大豆基因漂移的生態風險提供了理論基礎。
該研究以轉基因抗草甘膦大豆為父本，18個野生大豆種群為母本進行人工雜交。首先確定了用於提供花粉的最佳轉基因大豆花蕾（Fig.1）；透過觀察野生大豆花蕾（Fig.2）發育的4個時期（Fig.3），確定了野生大豆去雄和授粉最佳時期為時期3。
以抗草甘膦轉基因大豆作花粉供體（父本），野生大豆作花粉受體（母本），進行人工雜交。選擇最佳去雄時期的花蕾，去除周圍多餘花蕾後，觀察野生大豆自花授粉（不作處理）及去雄授轉基因大豆花粉後的結莢情況（Fig.4），統計結莢數並計算結莢率，成熟後統計每莢粒數、每莢飽粒數（Fig.4）。比較不同野生大豆種群自花授粉和授轉基因大豆花粉後的結莢和結實情況，根據結莢率和結實率評估轉基因大豆與不同野生大豆種群之間的雜交親和性。
因野生大豆自花授粉及授轉基因大豆花粉後均存在落莢現象，為了全面評估親和性，該研究首次提出了親和性指數這一概念。首先根據雜交結果計算出野生大豆自花授粉和授轉基因大豆花粉200朵花的飽滿種子粒數（Average filled seeds，簡稱AFS），並據此計算親和性指數 Index of cross sexual compatibility（ICSC） 。ICSC用來評價野生大豆和轉基因大豆的親和性，分為5級，ICSC越大，親和性越高（Table 1）。利用該評價標準可對全國各地野生大豆與轉基因大豆雜交的親和性進行評價，判斷不同地區野生大豆與轉基因大豆雜交後親和性的高低，對轉基因大豆商業化種植的生態風險管理及預防具有重要價值。
結果表明，18個種群野生大豆自交和雜交後，結莢率分別介於96.50-99.50%和4.92-18.03%，每莢飽滿種子粒數分別介於1.70-2.69和0.20-0.48之間。近89%的野生大豆種群與轉基因大豆的親和性為中等及以上（ICSC>1.0%）。這一結果顯示存在轉基因大豆的基因透過花粉向野生大豆漂移的可能性，因此在商業化種植轉基因大豆時務必防範基因漂移的風險。
南京農業大學生科院雜草研究室宋小玲教授為該文章的通訊作者，生態環境部南京環境科學研究所劉標研究員為共同通訊作者，胡玉琪碩士和盛澤文碩士為該文章並列第一作者。本研究得到國家轉基因專項(2016ZX08012005)資助。
論文連結：
https://www.chinaagrisci.com/Jwk_zgnykxen/fileup/PDF/JIA-2020-0913.pdf
Cite the article:
HAN Rui-cai, LI Chen-yan, Adnan RASHEED, PAN Xiao-hua, SHI Qing-hua, WU Zi-ming. 2022. Sexual compatibility of transgenic soybean and different wild soybean populations. Journal of Integrative Agriculture, 21(1): 36–48.
研究團隊簡介
宋小玲教授（中間）與研究生參加會議合影
南京農業大學生科院雜草研究室宋小玲教授領銜開展了轉基因大豆與野生大豆親和性及雜交後代適合度研究，獲得了不同種群野生大豆與轉基因大豆親和性的實驗資料，並開展了雜交後代在不同種植條件下的適合度。研究結果為我國轉基因大豆生態安全管理提供了試驗依據。在此基礎上提出了評價轉基因大豆和野生大豆親和性的方法及後代適合度的研究方法；初步制定了規避轉基因大豆向野生大豆基因漂移風險的策略。申請國家發明專利兩項，其中一項已獲得授權。
