来源：MIT Technology Review
在一片“人间天堂”的蓝天下，广阔的绿色丘陵延伸至远方。大约十来人——树木爱好者、环保人士、研究生物学家、生物技术企业家，以及一位穿着长袜和宽檐帽的风投人士——在七月末的一个完美日子，驱车来到纽约州的一个乡村地区。
我们来此是为了参观 American Castanea 所属种子农场里超过 2500 株转基因栗树幼苗。这些不到膝盖高的树苗，是可能将被联邦监管机构批准为生态恢复工具的首批基因改造树木样本。American Castanea 的创始人，以及今天在场的所有人，都希望美洲栗树（Castanea dentata）能够成为第一个从功能性灭绝中被拯救的树种，但理想上不会是最后一个。
美洲栗树的寿命可达千年，曾在东部森林的树冠层中占据主导地位，许多美洲原住民依靠它们提供食物。然而，到了 1950 年，这种树几乎因一种可能由日本栗树带来的真菌枯萎病而濒临灭绝。“如今，经过艰辛的努力、伟大的创意和数十年的创新，我们有了一棵能够实现恢复的树，以及一套科学平台。”American Castanea联合创始人 Michael Bloom 对站在阳光下眯眼的众人说道。
直到去年，长达 35 年的复兴美洲栗树的努力似乎还有可能停滞不前。但现在，联邦监管机构的批准即将到来，私人投资者和联邦政府的数百万资金也纷至沓来。一家环保非营利组织正在与 American Castanea 洽谈，每年将种植多达一百万株经过批准的栗树。
类似的尝试前所未有。然而，这些自称“坚果迷”的人相信，规模化引入抗枯萎病的转基因美洲栗树不仅可以成为恢复森林的典范，还可能通过改良树种来重新部署森林，以应对气候变化和生物多样性丧失。
“对树木而言，这是个艰难的时期，”大自然保护协会的森林害虫与病原体项目主任 Leigh Greenwood 说道，该机构一直支持转基因栗树的监管申请。“但仍有一些有趣的希望。”
40 亿棵树的消失
“魅力大型动物”是科学术语，指像熊猫和蓝鲸这样获得大量关注和资源的物种。几近消失的美洲栗树可能是落基山脉东部最具“魅力”的树种。因为其历史重要性、快速生长、坚果和木材的丰富产出，它吸引了生物学家、环保人士以及新一代农民的极大兴趣。
一些因枯萎病死亡的栗树偶尔会重新发芽。像美国栗树协作基金会这样的志愿组织，几十年来一直致力于收集和杂交野生栗树，希望能在自然中培育出抗病性。同时，纽约州立大学环境科学与林业学院（ESF）在另一组织美国栗树基金会（TACF）的支持下，也在其实验室和锡拉丘兹郊外的 44 英亩森林里开展基因工程研究。
当 ESF 生物学家 Bill Powell 及其团队于 1989 年开始使用栗树胚细胞进行研究时，仅优化生长过程便花费了十年。后来，实验室的研究人员在胚胎中插入了一种小麦基因，从而抑制由真菌产生的草酸毒素。对这些转基因栗树进行数据收集需要时间，因为每代栗树需要数年才能获得最有用的数据。最终，他们培育出了一条名为 Darling-58 的希望之线，得名于支持该研究的纽约建筑巨头 Herb Darling。虽然 Darling-58 并不完美，表现也因树木和地点而异，但数据表明感染速度变慢，瘤状物较小。
2020 年，Darling-58 成为第一个被提交给美国农业部动植物卫生检验局、环境保护局和食品药品管理局进行联邦监管审批的转基因森林树种，以确定其在野外引入的安全性。
如今，American Castanea 正在纽约州种植和繁殖这种转基因栗树，并计划在批准后销售这些树苗。公司也计划继续优化栗树品种，先向树木爱好者销售，再推广到农民和环保人士，用于木材、森林恢复，甚至碳捕获。
为支持这一努力，公司正在寻找优质的野生树种标本。2024 年初，它收购了一个由一位环保人士用心栽培了三十年的栗树林场，该场地坐落在风大的山顶，树木来自栗树自然分布的十二个州。
多数栗树因枯萎病显得丑陋且虚弱，带有肿胀的瘤状物、“枯萎”枝条，或绿色的新芽每季冒出，随后倒下枯萎。American Castanea 的联合创始人 Andrew Serazin 坦言，“这些树让我有些伤感。”然而，有几棵长到了 40 英尺高，只带有少数瘤状物。这些标本都已取样分析，将成为栗树基因数据库的基础。
接下来的计划是：运用生物信息学和 AI 技术，将基因标记与特定性状关联起来。借鉴在大麻行业开发的幼苗生产、克隆和高强度光室中加速生长的技术——这些技术尚未在森林树木中大规模应用。开发出几个多样化的抗枯萎病新栗树品种，用于森林恢复、坚果生产和木材。然后，以前所未有的规模生产幼苗，以加速抗病性栗树在野外的传播。“树木的生长需要很长时间，我们需要加速解决这个 30 年的问题。”Serazin 说道。
栗树复兴
栗树在美国并未完全消失：实际上，美国人每年食用约 3300 万磅的栗子。这些栗子大多是欧洲和亚洲品种，主要靠进口。然而，一些公司正计划扩大栗树的本土种植。
在这方面领先的是位于纽约上州的一家名为 Breadtree Farms 的公司，其名称来源于栗树的传统别名“面包树”。今年三月，该公司获得了美国农业部 200 万美元的资助，用于建设美国最大的有机栗子加工设施，其规模将是自有 250 英亩栗树所需的八倍。公司致力于扩大该区域的产业规模。“我们已有超过 100 名种植户，他们将种植栗树。”Breadtree 的年轻联合创始人 Russell Wallack 说。
栗子的营养成分与糙米相似，碳水化合物含量高，脂肪含量低于其他坚果。且与其他坚果树不同的是，栗树每年都会结出大丰收的坚果，产量十分丰厚。
这使它成为一种被称为“农林复合”的农业替代方式的理想选择。该方式通过在粮食种植中融入更多的树木来实现。食品、农业和土地利用总共约占温室气体排放的四分之一。而在田间设置防风林或将树木作为农作物种植，则可降低农业的碳足迹。
多种树木可用于此种方式，但大自然保护协会北美地区科学主任 Joe Fargione 表示，栗树是理想选择之一。“它在气候方面很有优势，且有许多农民对此感兴趣。”Fargione 说。“栗树长成后体型大，碳储量多，而且产量极高。这不仅有利于环境，还能实现经济上的可持续发展。”
对栗树复兴的热情将林业工作者和农民们紧密联系在一起。农民们并未等待转基因树种的联邦批准，他们已经开始种植现有的中国栗树品种，以及美洲栗与中国栗的杂交品种，这些树木在东部地区生长良好。不过，Fargione 表示，若要大规模发展栗树种植，农民们仍然需要可靠的基因改良树种作为种源。
田纳西州的一家人站在一棵栗树下，拍摄于约 1920 年。致命的真菌几乎将曾经强大的栗树物种在 1940 年推向灭绝 | 大烟山国家公园档案馆
另一方面，这些外国果园品种如果被种植在野外，则会被视为入侵物种。它们也不能以同样的方式为野生动物提供食物，美国栗树基金会的首席保护官 Sara Fern Fitzsimmons 表示：“野火鸡更喜欢美洲栗树。”她说：“还有蓝松鸦——由于美洲栗树果实较小，它可以在喉囊里储存更多栗子。”因此，森林恢复需要的是美洲栗树，或尽可能接近它们的品种，这也正是基因工程和杂交项目的重要性所在，但这一过程充满了挑战。
“在出生时被换了”
2023 年末，缅因大学的一位生物学家发现了一个证据：Darling-58 并不是人们以为的那个品种。近十年来，ESF 辛苦收集的所有关于这一品系的数据实际上都属于另一品系，即 Darling-54，它的基因插入点位于基因组的不同位置。尽管如此，之前的积极结果依然存在，只是这些树一直以来被贴错了标签。
2023 年 12 月， 美国栗树基金会突然宣布撤回对 ESF 的 Darling 树研究的支持，原因是 54 与 58 的混淆，同时他们还表示对 54 品系的表现“令人失望”。
但 ESF 的美国栗树项目负责人 Andy Newhouse 称，标签问题并非致命问题，这项研究并不需要“从头再来”。他表示：“这是在纠正记录，确保我们有正确的标签，并继续前进。”他还指出监管申请仍在进行中（美国农业部和 FDA 对此未作评论，而 EPA 未回应评论请求）。
Newhouse 对记录中的树木对枯萎病的反应进行了辩护，并指出，我们现在知道这些树实际上是 Darling-54。此外，他表示，他们有一个可能更优的新品系——DarWin。“Win”代表“伤口诱导”。这种树木的抗枯萎病基因仅在树皮受伤时才会激活，类似于动物的免疫反应机制。这可能比 Darling-54 持续表达抗枯萎病基因的方式更为高效，因此 DarWin 树可能有更多能量用于生长和结出栗子。
DarWin 树龄约三年，仍在收集数据中。Newhouse 表示，如果 Darling 树被批准为安全品种，将会加速 DarWin 树的审批进程。
美国栗树基金会停止支持 Darling 的另一个原因是，在其官网的 FAQ 中，基金会表示对 ESF 与 American Castanea 公司达成的数百万美元许可协议感到“惊讶和担忧”，因为他们原本认为项目的成果会作为“公共资源”免费向公众开放。商业化可能会提高栗树的价格，从而使种植者负担加重，Fitzsimmons 未对此进一步评论。
生物技术的先行者
American Castanea 公司的 Andrew Serazin 是一位罗德学者，科学背景为热带疾病研究。他曾在全球慈善事业中取得成就，为盖茨基金会管理价值数百万美元的资助项目，包括富含维生素的“黄金大米”和艾滋病疫苗等项目。
2020年，他担任 Templeton 世界慈善基金会总裁，批准了 320 万美元的“变革性”资助，以支持 SUNY ESF 的栗树项目。Serazin 逐渐确信栗树能够成为更宏大计划的开端。他还对栗树怀有一份情感上的联系，因为他的妻子家在西弗吉尼亚州的农场栽培栗树已历经数代。
他说，随着虫害和病原体威胁着不同的物种，森林的精准管理潜力巨大，可以借助我们在医学中使用的同样技术实现这一目标。
为此，Serazin 认为需要真正的资本。他表示，“只有一个系统最适合这种创新，那就是通过激励机制将资源聚集起来。”
Serazin 与企业家好友 Michael Bloom 合作，注册了 American Castanea 公司，并将其认证为特拉华州的公益公司，承诺在追求利润的同时注重社会和环境影响的透明性。他们向“影响力投资者”推销这一愿景，这也是那年七月在种子农场的部分活动内容。公司目前已获得 400 万美元的种子资金，并计划在来年再融资 700 万至 1000 万美元。
Serazin 表示，他为投资者提供的不是快速回报，而是一次参与“将一个濒临功能性灭绝的树种带回生活、参与这一伟大的美国故事”的机会。
接下来几十年乃至更长的时间，他们计划在东部森林中重新种植数百万棵优良的基因改良树种。
乍一听，这似乎像是科幻中的地球改造情景。另一方面，大自然保护协会的 Leigh Greenwood 表示，几乎每类树种都因气候变化面临威胁。新兴的病原体在新区域扩散，树木因极端天气受压，而以前用于杀死病虫的极寒冬季也变得温和了。
除了栗树枯萎病，还有荷兰榆树病、绿灰蛀虫、山胡桃病、橡树枯萎病和白松泡锈病等。由于冬季气温回升，南方松甲虫现在已能迁徙至北方的马萨诸塞州。过去的吉普赛蛾更名为海绵蛾，每年啃食足够的叶子，使森林在六月看起来“像被剥光了衣服”。过去十年中，在五大湖区还出现了一种此前未知的攻击叶片和芽的新线虫。生病和枯死的树木停止吸收碳和储存水分，更易引发野火，甚至可能导致整个生态系统的崩溃。
“入侵物种的扩散速度已超过生物的自然进化，”Greenwood 说。“我们必须加速树种的自然选择。这是一项庞大的任务，直到最近我们才开发出工具，能弄清我们到底该如何应对。”
Greenwood 所指的“新工具”，正是 American Castanea 正在尝试的——基因分析和先进的园艺技术，让抗病树种更快地繁殖并被引入野外。
Greenwood 还指出，大自然保护协会也支持美国栗树协作基金会，该基金会通过杂交野生美洲栗树来提高抗枯萎病能力。作为一个没有大学支持的全志愿者组织，他们将杂交栗树邮寄给全国的业余种植者。据基金会主席 Ed Greenwell 称，虽然具体数量不清楚，但已有约 5000 棵，甚至更多。他见过一些四十多岁且健康的栗树。
但基金会缺乏紧迫感。Greenwell 表示，“我们是自筹资金，因此可以按照自己的步调进行杂交。”他补充道，“我们的方法久经考验，也没有采取基因改造的压力，这可能本可以缩短栗树重返森林的时间。”
GMO 森林的概念挑战了我们对“自然”的认知。这或许恰好说明了我们在“人类世”的发展进程中所处的阶段。
Greenwell 并非唯一反对 GMO 栗树的人。2023 年，东部切诺基族的时任农业和自然资源部长 Joey Owle 对 Grist 杂志表示，虽然部族在必要时愿意在其土地上引入转基因树木，但这将是他们“最不愿采取的最后选择”。
Greenwood 为 SUNY ESF 提交的 Darling 树监管申请撰写了一封专家信件，类似于支持陈述。她对此类反对意见十分重视。她表示，“如果我们不考虑变革中的人文因素，无论生物或化学设计多么完美，这些变革都将失败。”
在七月的种子农场活动中，坐在帐篷下，面对盘中烧烤的科学家、环保人士和企业家们开始辩论对 GMO 的真实反对程度。Serazin 认为，人们真正反感的是企业垄断，而非技术本身。他希望通过将公司注册为公益公司，并向环保组织和负责任的森林产品与坚果生产者开放种植许可，能证明 American Castanea 的初衷是好的。
不过，有人指出，GMO 森林的概念挑战了我们对“自然”的认知。这或许说明了我们在“人类世”的发展进程——未来生态网中的任何生物都很难保持不受人类影响。
这种责任可能比我们意识到的更能让我们与过去产生共鸣。数百年来，像豪德诺索尼族等原住民有意地管理土地，以改善栗树的生长环境。欧洲人开始砍伐土地用于农业和木材后，生长迅速的栗树反而获得了更大的生长空间。事实证明，殖民者拥抱的这片以栗树为主的森林并非真正的自然产物，而是人类与栗树之间关系的产物。这种关系如今继续演变着。
原文链接：
https://www.technologyreview.com/2024/10/23/1105275/gmo-chestnut-trees-american-castanea-genetics-revival/
