转基因动物的研究及其应用综述.doc

精品文档转基因动物的研究及其应用综述摘要转基因动物是现代生物技术中一个极其重要的研究领域, 目前已经有转基因小鼠、兔、绵羊、山羊、猪、牛、鸡和鱼等多种转基因动物问世。本文综述了转基因动物应用研究以及所取得的重要成就, 并指出了转基因动物存在的主要问题, 展望了其发展前景。关键词转基因动物; 基因转移;基因打靶;显微注射；核移植中图分类号S811. 5转基因动物技术始于 20 世纪 80 年代，近 30多年来，随着研究的深入，转基因动物的研究工作取得了突破性的发展，并且是目前生物技术领域研究的热点之一，具有重大的科学意义和应用价值。这项技术是继连锁分析、体细胞遗传和基因克隆之后的第四项技术。转基因动物是通过向受精卵或早期胚胎中导入外源基因，有目的地对生物的遗传物质基础进行修饰 改造 培育新的品系。若外源基因与动物本身的基因（染色体）整合在一起，外源基因就能随生物的分裂而增殖，在体内得到表达，并能稳定地遗传给后代。转基因技术是将外源基因通过载体导入受体生物体内，让其获得新特性的一门复杂技术。转基因技术在定向改造生物体中有着无法可比的优越性。随着生物技术的发展 转基因技术相继在微生物、植物、动物中取得了成功。目前，已经有转基因小鼠 兔 绵羊、 山羊 、猪、牛、 鸡和鱼等多种转基因动物问世。1转基因动物的研究概况现代转基因动物研究始于 20 世纪 80 年代以后。1980 年, Go rdon 等 1 首次获得转基因小鼠。1982 年, Palm iter 等 2 分别将小鼠金属硫蛋白基因启动子(M T 21)与大鼠生长激素( rGH)结构基因和人生长激素(hGH )结构基因融合并导入小鼠受精卵中, 获得了生长超过正常小鼠的超级小白鼠, 其中一只阳性鼠生后 74 d 的体重达到同窝非转基因小鼠平均体重的1. 87 倍, 这便是著名的“巨型小鼠”事件, 是转基因动物发展史上的一个里程碑。目前除转基因小鼠外, 转基因兔、绵羊、猪及转基因山羊, 转基因鸡 3 , 转基因大鼠及转基因鱼 4 , 转基因牛 5 , 转基因猴 6 等陆续育成。我国转基因动物研究起步较晚, 但已取得一定进展。中科院发育所与扬州大学合作, 将EPO 基因(促红细胞生成素) 和人乙型肝炎表面抗原(HBSA g)导入山羊, 获得两种乳腺特异性表达的转基因山羊 7 , 同时也获得许多重要的基因重组表达产品 4 , 标志着我国转基因技术进入了新的阶段。2转基因动物的原理 转基因动物（transgenic animal）指通过基因工程技术将目的基因导入生殖细胞、早期胚胎干细胞和早期胚胎，并整合到受体细胞的基因组中，它们经过各种发育途径形成所有细胞都包含目的基因的个体，称转基因动物（也称个体表达系统）。导入的基因称为转入基因(transgene)，而整个技术则称为转基因技术(transgenic technology或 transgenesis)。利用转基因技术，人们可以在动物基因组特定的位点引入所设计的基因突变，模拟造成人类遗传性疾病的基因结构或数量异常；可以通过对基因结构进行修饰，在动物发生、发育的全过程研究体内基因的功能极其结构功能的关系；可以在动物基因组引入病毒基因组以模拟病毒性疾病的发病过程；可以通过引入具有重要药用价值蛋白的编码基因，使动物成为该药物蛋白的生产场所；可以将所引入的DNA片段作为环境诱变剂作用的靶DNA，通过对它回收后的结构分析，研究诱变剂造成的DNA损伤和诱发基因突变的规律。转基因动物技术不仅在生命科学研究中的应用越来越广，技术本身发展也越来越快，逐步逼近修饰的精确性与可调性。 转基因动物技术已经经历了近二十年的发展，从原理、技术及在生命科学研究领域中的应用来看，可将转基因动物研究大致分为以下3个部分：（1）上游部分 克隆目的基因，分析基因的结构并在体外或其他系统中进行功能研究；（2）中游部分：设计遗传修饰策略（包括载体系统的构建等），选择适当的靶细胞进行基因转移和鉴定，在此基础上将遗传修饰由细胞向整体动物过渡，实现对整体动物基因组进行认为修饰的目的；（3）下游部分：按育种程序进行工程动物的选育和建系，在整体动物的背景上对目的基因的功能进行详细的研究，并进一步地开发利用符合设计要求的遗传工程动物。 转基因动物的遗传修饰策略包括：（1）导致产生新功能的基因组修饰（gain of function, GOF），主要有普通转基因及基因重复；（2）导致功能丢失的基因组修饰（loss of function, LOF），主要有插入突变、大片段缺失突变、点突变及条件性基因缺失突变；（3）导致基因替换的基因组修饰，主要利用基因打靶技术使替换位点上的内源基因被另一个基因取代，使得内源基因丢失的同时，获得另外一个基因的功能，这种策略通常比较精确，不影响邻近位点基因结构；（4）染色体畸变。3转基因动物研究的应用3.1生产药用蛋白国际上首批转基因动物乳腺表达产品是抗凝血酶， 葡萄糖苷酶以及第八凝血因子 （1H ） 等， 这些都是血源产品。 随着此项研究的不断深入， 乳腺表达产品从小分子肽到大分子蛋白质， 从分泌型蛋白到内膜蛋白、 多聚蛋白和二价抗体多种蛋白质。 (H)胰蛋白酶（(HD8基因和新霉素抗性标志基因（879） 转染绵羊胎儿成纤维细胞， 产生的转基因绵羊乳中可表达 (H胰蛋酶。英国 IIN 公司已经成功地生产了(H)抗胰蛋白酶，其转基因羊奶中 (H#L 的含量达 K) 6 O N，具有与天然蛋白相同的活性。ID7FD8ED 等报道， 在转基因猪乳中， 人凝血因子 的含量约为 PQ 6 O ?，比人血浆中的含量高10倍。我国科学家把乙肝病毒表面抗原基因注入家兔的受精卵中， 获得了表达。 再有 ， 将 能 够 控 制 产 卵 率 的 促 卵 素（+99B99D） 基因导入动物体内， 有可能培育出具有高产卵率特性的转基因家畜。这种促卵素基因是从澳大利亚绵羊中分离出来的，它能够提高绵羊的双羔和三羔的发生率。把这个基因导入其他牛和羊体内， 可提高奶牛和母羊的产仔数8。3.2动物抗病育种利用转基因技术有可能在较短时间内培育出常规方法不能或需长期培育才能育成的品种或种群。R9A786DBE 等（(55S） 将人的补体抑制因子衰退加速因子。 转移至猪胚中，有 PQ 头转基因猪表达。我国湖北畜牧所与同济医科大学合作，已经获得表达外源基因。使用转基因技术不仅可以加快动物改良进程，使选择效率提高， 改良机会增多， 而且不会受到有限繁殖的限制， 是一项极有前途的研究领域。(5T% 年， 中国科学家第一次把生长激素基因成功地转移到金鱼体内，以后又成功地把人类、小鼠和其他鱼类的基因转移到多种鱼体内$T&。 美国科学家也成功地把某种生长基因转移到另一种鱼体内，转基因鱼生长速度加快了， 体型变大了。这就是人们称谓的了 “兰色革命”9。 3.3 改良动物生产性能 超级小鼠的诞生为培育大型动物开辟了新的思路 Pursel 等曾把牛的生长激素基因转入猪，生产出两个猪的家系，其生长速度提高 11% 14%，饲料转化率提高16%、18%；美国科学家培育的转基因鲁鱼可增产20% 40% 我国的陈永福等用融合基因 omT/GH进行基因转移，转基因猪的生长速度提高 11.8%、14.2%，饲料利用率提高10%，瘦肉率也有所增加；另外，转基因鱼的生长速度提高 20%，节约饲料 10%，现有 1 000 多尾的转基因鱼 1996 年damak 等将小鼠超高硫角蛋白启动子与绵羊的IGF-cDNA 融合基因显微注射到绵羊原核期胚胎中，转基因羊的净毛产量比非转基因羊的净毛产量高 6.2% Brophy 等报道通过转基因克隆技术提高牛自身 2 酪蛋白基因 -酪蛋白基因的拷贝数，使牛奶中 2 酪蛋白的含量提高了 8、20%， -酪蛋白的含量提高了 2 倍，大大改变了-酪蛋白与总蛋白的比例 2003 年 3 月，中国农业大学李宁课题组成功获得中国第 1 头体细胞转基因克隆牛，同年 10 月，又获得世界上第 1头转人岩藻糖转移酶基因的体细胞克隆牛 郭志勤等通过精子载体法生产了 15 头转人胰岛素原基因的奶牛，并在奶中检测到外源蛋白表达Kuroiwa 等将 MMCT 与体细胞克隆技术相结合，把含有整个人类免疫球蛋白重链基因 IgH 和轻链基因 Ig 的染色体片段转入牛的原代胎儿成纤维细胞，获得了 4 只健康存活的转基因克隆牛，它们的血液中能不同程度表达人类多克隆抗体Richt 等又通过基因打靶技术将牛的 PRNP 基因双位点灭活，获得存活了2年以上的转基因牛10这些牛在临床解剖 生理发育 组织病理以及免疫和生殖发育方面都很正常，而且在体外试验中能够很好地抵抗疯牛病的传染，这为生产不含朊蛋白的肉 奶制品提供了一种很好的方法。3.4作为人类器官移植的供体猪在解剖、组织及生理等方面与人类最为相近, 其器官与人的器官大小相仿, 并且容易饲养, 不存在伦理方面的问题。Ro sengard 等(1995)将人的补体抑制因子衰退加速因子(hDA F ) 转移至猪胚中, 有27 头转基因猪表达hDA F。我国湖北畜牧所与同济医科大学合作, 已经获得表达外源 hDA F 的猪7 头11 。4.转基因动物的不足与展望转基因动物技术存在的主要问题是转基因动物成活率低。外源基因在宿主细胞组中的整合率很低， 且外源基因的整合位点不可控制， 已整合的外源基因很容易从宿主基因中消失， 遗传给后代的概率也较低， 外源基因有时不能表达或表达混乱， 得不到预期的表型效应， 且容易引起动物异常。另外， 转基因动物产品安全性问题及法规制定尚处于探索阶段。尽管存在着这样那样的问题， 但是十几年来， 转基因技术的应用不仅使整个生命科学的研究发生了前所未有的深刻变化， 而且也给工农业生产和国民经济发展带来了不可估量的影响。转基因动物技术在生命科学、 临床医学、 食品工业、 畜牧业生产和环境保护等重要领域都有着巨大的适用价值。基因打靶与核移植技术的结合是创建转基因动物很有前途的一种新方法, 可以在创建转基因动物之前在细胞中将目的基因插入染色体的特异位点, 避免基因随机整合带来的位置效应, 同时剔除或替换干扰目的蛋白分离和引起移植组织排斥的动物基因, 将转基因动物的筛选提高到细胞水平。采用体细胞核移植技术比传统的显微注射技术更具优点。体细胞数量远比受精卵丰富, 有利于降低生产成本; 生产转基因动物的效率高, 在鉴定了适用的细胞克隆及其性别后, 可以获得速成动物群 12 。转基因动物的研究是一项复杂的系统工程, 随着科学技术的日益发展, 转基因动物的研究将会取得更卓越的成绩, 必将为人类带来更大的利益。参考文献: 1 Go rdon J W , Scango s G A , P lo tk in D J , et al . 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