給細(xì)菌插入不同物種的基因就夠困難了，給植物轉(zhuǎn)基因遇到的困難更大。打通細(xì)菌的外膜插入基因的那個技術(shù)，在植物細(xì)胞的防御面前竟然失效了。困難如此艱巨，失敗的嘗試多到無以數(shù)計，以至于大多數(shù)科學(xué)家都認(rèn)為，植物接受外源基因的唯一方式只能通過授粉。雖然后來生物學(xué)家終于找到了辦法，打破了植物生命對零星的重編程的抵抗，但是這項任務(wù)如此艱巨，以至于從第一個生物工程細(xì)菌出現(xiàn)了九年之后，才搞成功第一個基因工程植物。
為了實現(xiàn)這個基因轉(zhuǎn)移，能致病的病源物質(zhì)再一次被起用。
這一次用的不是病毒而是一個細(xì)菌，它所具有的一個本領(lǐng)在細(xì)菌王國里很特別。就像病毒一樣，它可以欺騙植物，讓植物把它自己的一些基因表達(dá)出來，當(dāng)然是只對它自己有好處，對植物只有害處。這個細(xì)菌叫農(nóng)桿菌。它用來侵染植物的基因是它自己的一個大質(zhì)粒中的一部分。
進(jìn)攻開始的時候，一大群農(nóng)桿菌先是探尋植物在受傷時會釋放出來的一些化學(xué)物質(zhì)，然后麇集到傷口處，一起穿透葉表面的破口，制造出管狀通道插入傷口近處的植物細(xì)胞(它們與其它細(xì)菌也做這種連接)，農(nóng)桿菌就通過這些管道穿透細(xì)胞壁，把自己的大段質(zhì)粒DNA送進(jìn)植物的細(xì)胞核，與細(xì)胞核內(nèi)的天然DNA融合。來自農(nóng)桿菌的外源基因隨即開動一個進(jìn)程，把倒霉的宿主變成腫瘤細(xì)胞，為農(nóng)桿菌生產(chǎn)食物。這還沒完，備受折磨的細(xì)胞繁殖的時候會形成一個被稱為“癭”的突出的隆起。
這種細(xì)菌的神奇功能被認(rèn)識到了，于是一些科學(xué)家想，是不是可以把它用作載體來用呢?用它搭載人工選擇出來的基因，做轉(zhuǎn)移——能不能把那個腫瘤誘導(dǎo)（Ti）基因切下來，連接到想轉(zhuǎn)移的那個基因上呢？然而，用已知的可操作方式重組質(zhì)粒太不容易了。借用一個分子生物學(xué)家的話說，這是“很費力的過程，包括好多個艱苦的步驟。”最終，艱苦的努力得到了收獲，生物技術(shù)專家們以農(nóng)桿菌為載體，把他們選中的基因轉(zhuǎn)移到幾種植物的DNA上去了。
但是困難還有很多。同改變細(xì)菌基因時所發(fā)生的問題一樣，即使一個外源基因被插進(jìn)去了，由于是來自完全不同的生物，這個基因本身并不能讓自己在宿主內(nèi)表達(dá)出來。植物的基因在自然狀態(tài)下不能相容于細(xì)菌的基因表達(dá)機(jī)制，反過來也一樣，細(xì)菌的基因與植物的表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)是有沖突的。有幾個獲獎項目就是這樣做了跨界的基因轉(zhuǎn)移【譯者注：按照分類學(xué)，細(xì)菌屬于微生物界，植物屬于植物界;“界”是分類的最高級】。他們不得不修改細(xì)菌基因的密碼子，讓它去迎合植物的調(diào)控系統(tǒng)。
做轉(zhuǎn)基因植物所用的那個細(xì)菌基因，位于它前后的啟動子和終止子也得被刪除，因為它們不能和植物的調(diào)控系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)。除此之外，細(xì)菌的基因序列中還有一些很特殊的啟動子和終止子，也能在植物中操作，它們的功能是激活農(nóng)桿菌中的Ti基因，在植物體內(nèi)搞惡作劇制造癭瘤。這些細(xì)菌類似某些植物病毒，其啟動子和終止子已經(jīng)演化到與植物的轉(zhuǎn)錄機(jī)制足夠接近，甚至能喧賓奪主的程度。生物工程師雖然去除了Ti基因，代之以人工組裝組過的基因，卻保留了Ti的啟動子和終止子，利用它們來表達(dá)人工組裝的那些基因。
然而，即使插入的DNA表達(dá)了，問題還沒完結(jié)。農(nóng)桿菌的啟動子不能穩(wěn)定表達(dá)多數(shù)商業(yè)應(yīng)用中所需要的蛋白質(zhì)水平，所以還是不得不把它們替換掉。
對于生物技術(shù)專家來說，很幸運還有一個功能更強(qiáng)大的代用品可用，它可超越任何已知啟動子的極限，提高基因的表達(dá)水平。但這樣一來他們又不得不回到病毒世界。這個病毒是專門加害于蔬菜的，如菜花、卷心菜、西蘭花等。它的感染能力在很大程度上是由于那個強(qiáng)大的啟動子，能迫使被入侵的植物持續(xù)和大量表達(dá)它的病毒基因。這種病原體被命名為花椰菜花葉病毒，出于技術(shù)上的原因，它的強(qiáng)悍基因元件被稱為35S啟動子。這個啟動子不僅強(qiáng)悍，更是長袖善舞。它可以抑制任何一種植物中的轉(zhuǎn)錄酶，只要它能被插入進(jìn)去。
于是生物技術(shù)專家高度青睞35S啟動子。無論是把細(xì)菌的基因插入到植物中，還是把一種植物的基因轉(zhuǎn)移到另一種植物，都要用到它。這是因為，在高等植物中啟動子往往是專有的，也就是說當(dāng)一個植物的基因被轉(zhuǎn)移到另一個親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的植物中時，帶過來的啟動子很少能被激活。由于這個原因，35S啟動子被廣泛地應(yīng)用，它存在于目前市場上幾乎所有可以找到的轉(zhuǎn)基因食品中，因為生物工程專家總是追求更高的表達(dá)水平，他們想要的比大多數(shù)基因在本體環(huán)境中的正常表達(dá)還要高，所以哪怕是在植物中添加一個自體基因的拷貝，都會采用35S啟動子而不是天然的啟動子。
此外，還有一些物種，甚至連35S啟動子放進(jìn)去都嫌不夠有力，生物技術(shù)專家不得不改變它的結(jié)構(gòu)，叫它變得超級活躍，在那些植物體內(nèi)大顯身手。
改進(jìn)版啟動子35S可以刺激幾乎任何一種植物物種實現(xiàn)驚人的轉(zhuǎn)錄水平，農(nóng)桿菌卻不能把它(以及連結(jié)在一起的外源基因)送進(jìn)每一個植物物種里去。不管它的感染范圍有多大，終究還有幾種植物不向它們屈服;令人沮喪的是，其中有兩個是最有經(jīng)濟(jì)價值的植物：玉米和大豆。
大豆是一個很奇怪的例子。雖然人工提供的細(xì)胞有一些能被農(nóng)桿菌感染并獲得一個外源基因和抗生素抗性標(biāo)記基因，但是這些細(xì)胞卻無法同沒有被感染的細(xì)胞區(qū)分開，因為在處理中沒有得到抗性標(biāo)記的那些細(xì)胞應(yīng)該被化學(xué)藥劑滅活。出乎意料的是，兩種大豆細(xì)胞竟然在處理中同歸于盡了。這個現(xiàn)象被稱為“攜手崩潰”
玉米更難辦。還有幾種糧食作物也是這樣。起初農(nóng)桿菌不能侵入任何細(xì)胞。更加想不到的是，連電擊法也不起作用。
所以必須找到另一種方法。唯一正在嘗試的辦法看起來太古怪，大家都認(rèn)為它注定要失敗，大多數(shù)生物學(xué)家也對它冷嘲熱諷。不料經(jīng)過幾年的嘗試，這種詭異的技術(shù)竟然成功了。它被稱為粒子轟擊或生物彈道法，操作用的裝置被稱為基因槍。最初這槍發(fā)射的是0.22毫米?直徑的子彈，彈頭上涂著金屬顆粒，后來又在金屬顆粒上涂上DNA。讓子彈撞上一個障礙物，迫使金屬粒子飛進(jìn)置于培養(yǎng)皿中的準(zhǔn)備好的玉米細(xì)胞。無數(shù)細(xì)胞將被摧毀，但外源DNA終將進(jìn)入極少數(shù)幸存者的基因組(據(jù)孟山都科學(xué)家說成功率一百萬分之一)?；驑尳?jīng)過很多次更新?lián)Q代，現(xiàn)在已經(jīng)不再用宏觀意義上的子彈，改為用氣流推動微觀粒子的“子彈”了。
在玉米上獲得成功后，生物技術(shù)專家緊接著把這個技術(shù)用在大豆上，專門對一種不太容易發(fā)生“攜手崩潰”的細(xì)胞下功夫。他們終于把攜帶外源DNA的金屬顆粒轟進(jìn)了大豆的細(xì)胞，終于把轉(zhuǎn)基因大豆植物造出來了。
現(xiàn)在我們看到，最主要的兩個轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物誕生于微觀彈道法的狂轟濫炸，市場上其它轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物則是與病原體死纏爛打出來的成果。我們還看到，用這個人工設(shè)計出來的模式所做的基因轉(zhuǎn)移，都是非常粗糙、非常不精確的。外源DNA片段被隨機(jī)地塞入目標(biāo)生物的基因組，研究表明，它們插入的過程通常會破壞那個DNA區(qū)段。一位科學(xué)家這樣評論：“植物基因的大大小小的刪除、重排和冗余插入，顯然在每一個操作里都發(fā)生了。”
還有，基因的插入會打斷整個基因組。英國倫敦大學(xué)國王學(xué)院醫(yī)學(xué)院的分子生物學(xué)家，邁克爾·安東尼奧說過，“基因轉(zhuǎn)移過程從總體上講……會把成百上千的突變?nèi)毕菀?span lang="EN-US">DNA，對于宿主的基因整體功能而言具有潛在的毀滅性后果。”還有這樣一個令人吃驚的實驗，科學(xué)家們利用微陣列技術(shù)進(jìn)行研究，插入一個單個拷貝的人類基因會如何影響人類細(xì)胞中的基因表達(dá)。他們檢測到5%的基因表達(dá)水平因此而顯著地升高或降低了。
索爾克研究所教授、分子生物學(xué)家戴維·舒伯特認(rèn)為，基因插入的后果如此復(fù)雜的原因在于，對于基因的插入，生物體中每一種細(xì)胞類型各有各的回應(yīng)。他進(jìn)一步指出，在生物體被插入的不是自體基因而是外源基因的情況下——轉(zhuǎn)基因糧食作物總是這樣干的——有機(jī)體的基因變化的規(guī)模和范圍會更大。
隨意插入的每一個外源基因片段上的35S啟動子，可以把基因擾亂的后果放大。因為這個來自病毒的助推器太強(qiáng)大，它能導(dǎo)致宿主基因表達(dá)不穩(wěn)定，或者激活一些處于沉默狀態(tài)的生物化學(xué)途徑。每一種后果都可能會激發(fā)產(chǎn)生非預(yù)期毒素，或者造成有害處的失衡。
此外，由于那個35S啟動子總是開著，從不關(guān)閉，被移植進(jìn)來的的外源基因不會聽從宿主生物體的精巧復(fù)雜的控制系統(tǒng)，就像一個入侵的病毒的基因那樣，而本體基因卻總是和諧共處的。其結(jié)果就是，有機(jī)體的每一個細(xì)胞都被迫生產(chǎn)本物種中從未有過的一種物質(zhì)，而且還被迫毫無節(jié)制地干——這樣干會破壞復(fù)雜的生化反饋回路、合成意外毒素。我們看到在第一章看到，EMS疫情【譯者注：好像是日本給美國提供的轉(zhuǎn)基因細(xì)菌生產(chǎn)的食品添加劑，導(dǎo)致幾十人死亡數(shù)千人殘廢(沒時間去查對)】就是幾個基因被迫過度表達(dá)造成回路中斷，形成了一個或更多的有毒副產(chǎn)物。
在那個事件中，過度表達(dá)的均非異源基因，而是該生物體的某些基因的多余拷貝。如果是異源基因出事，風(fēng)險將會更大。這種失控現(xiàn)象是非常不自然的，它違反了生命系統(tǒng)的一個基本原則：能源有效利用。這是生物體一定要堅守的原則。例如，大腸桿菌進(jìn)行生命活動需要用的能源來自兩種糖：葡萄糖和乳糖。為了利用乳糖，大腸桿菌必須合成比使用葡萄糖所需要的更多的幾種酶，因此只要有葡萄糖可用，支配乳糖酶合成的啟動子就不干活，哪怕有很多的乳糖存在。只有當(dāng)葡萄糖都用完的時候它們才開動，也就是說，有機(jī)體開動一個耗能更多的程序，必定是出于必要而非隨意的選擇。
與此相反的是，病毒啟動子顛覆了有機(jī)體的節(jié)儉原則，迫使它們花費相當(dāng)大的能量去生產(chǎn)它們不需要的物質(zhì)。這種持續(xù)不斷的能量消耗可能是轉(zhuǎn)基因作物減產(chǎn)的原因。例如孟山都公司的抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆減產(chǎn)5%可以直接歸咎于基因操作。
所以，生物技術(shù)專家不僅擅長于使政府對自己的企業(yè)管制最小化，他們還有辦法為自己插入到目標(biāo)生物中的外源基因解除監(jiān)管，而且是徹底的解除。而那個監(jiān)管體系，本來是屬于大自然的。