转基因技术应用前景综述

转基因技术应用前景综述摘要：转基因技术是将人工分离得到的生物基因（或DNA片段）导入到特定的生物细胞中，从而导致生物的遗传特性发生所需变化的技术。转基因技术是生物育种技术的延伸和发展.在诸多领域均有其应用与发展。转基因技术现已在医药研究，农业生产，动物饲养等诸多方面被广泛应用。文章综述了近年发展的提高转基因效率的生殖干细胞法、提高转基因精确性的基因打靶法、RNA干扰介导的基因沉默技术和诱导多能干细胞转基因技术。新的转基因技术为转基因动物的研究提供了更好的平台，可以加快促进人类医药卫生、畜牧生产等领域的发展。关键词：转基因技术；应用；发展前景；综述ReviewoftransgenictechnologyapplicationprospectsAbstract：Transgenictechnologyisisolatedbiologicalartificialgene(orDNAfragments)intospecificbiologicalcells,leadingtothedesiredtechnologicalpropertiesofbiologicalgeneticvariationoccurs.Transgenictechnologyisanextensionanddevelopmentofbio-breedingtechnologyinmanyareashasitsapplicationanddevelopment.Transgenictechnologyisnowwidelyusedinpharmaceuticalresearch,agriculturalproduction,animalhusbandryandotheraspects.Thispaperreviewsthedevelopmentinrecentyearstoimprovetheefficiencyofgenetransfermethodgermlinestemcells,geneticallymodifiedtoimprovetheaccuracyofgenetargeting,genesilencingtechnologyandRNAinterference-mediatedinductionofpluripotentstemcellsoftransgenictechnology.Thenewtransgenictechnologytostudytransgenicanimalsprovideabetterplatform,andacceleratingthedevelopmentofhumanmedicineandhealth,livestockproductionandotherfields.Keywords:Transgenictechnology;Application;Prospects;Review1转基因技术简介1.1转基因技术的定义转基因技术开始于20世纪80年代,JaenischR等[1]首次应用反转录病毒感染胚胎，制备了转基因动物。随着新技术新方法的出现，动物转基因技术也在不断的完善之中。利用传统的转基因方法，如显微注射法、精子载体法、电穿孔法、脂质体介导法等，已经制备了转基因小鼠、大鼠、猪、牛、羊、鸡等多种转基因动物。经过20多年的发展，动物转基因技术在其多样性和实用性方面均取得了显著的进步，尤其是近几年发展的几项新技术，使转基因动物的研究产生了历史性的飞跃。通过生殖干细胞介导的转基因技术、对胚胎干细胞以及体细胞等进行基因打靶的定点整合转基因技术、RNA干扰介导的基因沉默技术以及诱导多能干细胞(iPS)技术，提高了转基因动物制备效率，使基因表达的精确调控成为现实。更多更新颖的动物转基因技术的出现，使得转基因动物具有更加广阔的应用前景如制备动物生物反应器、提高畜禽生产能力及肉奶品质、培育抗病动物、生产人类用动物器官、建立人类疾病模型等，将给人类带来巨大的经济效益。将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术。通俗地讲，转基因技术就是指利用分子生物学技术，将某些生物的基因转移到其他物种中，改造生物的遗传物质，使遗传物质得到改造的生物在性状营养和消费品质等方面向人类需要的目标转变。人们常说的“遗传工程”、“基因工程”、“遗传转化”均为转基因的同义词。1.2转基因技术与传统技术的关系伴随每一次技术革命，人类都会以新的认知方式框构自然。20世纪以来，随着生物基因技术的出现，自然呈现给人类的是一幅全新的基因图景在技术工具理性的驱动下，人类获得了打破物种间固有边界并根据意愿重塑生物的能力"转基因食品就是利用分子生物学手段，通过基因的跨物种转移和遗传物质的改造，使生物体在性状、营养和消费品质等方面向人类所需要的目标转变而形成的经过商业化推动，以世界上首例转基因食品：一种软化缓慢的西红柿在市场上出售为标志，转基因技术开始走出实验室进入人们的日常生活。的DNA片段。这种方法的缺点是效率低、位置效应(外源基因插入位点随机性)造成的表达结果的不确定性、动物利用率低等，在反刍动物还存在着繁殖周期长，有较强的时间限制、需要大量的供体和受体动物等特点。2.2.2精子介导的基因转移是把精子作适当处理后，使其具有携带外源基因的能力。然后，用携带有外源基因的精子给发情母畜授精。在母畜所生的后代中，就有一定比例

的动物是整合外源基因的转基因动物。同显微注射方法相比，精子介导的基因转移有两个优点：首先是它的成本很低，只有显微注射法成本的1/10。其次，由于它不涉及对动物进行处理，因此，可以用生产牛群或羊群进行实验，以保证每次实验都能够获得成功。2.2.3体细胞核移植是近年来新出现的一种转基因技术。该方法是先把外源基因与供体细胞在培养基中培养，使外源基因整合到供体细胞上，然后将供体细胞细胞核移植到受体细胞-去核卵母细胞，构成重建胚，再把其移植到假孕母体，待其妊娠、分娩，便可得到转基因的克隆动物。3转基因在各领域的应用3.1在基础理论方面的应用由于外源动物基因可在转基因动物细胞中整合、表达，并制约于受体基因背景的调控，因此，可把转基因本身当作一个理想的功能标记，进而在理论实践方面得到应用：可以对基因的结构和功能进行研究，NaganoM等[6]用两种不同的基因的局部片段组合成融合基因，做转基因工作，观察了这些异常的外源基因在宿主动物中的表达情况，并进行了有意义的探讨可以进行组织表达特异性研究，Fukamizu等用含有转录起点上游3Kb，下游1.2Kb的人肾素基因构建转基因小鼠。还可以研究发育过程的特异性表达。将不同的外源基因转入宿主动物受精卵或早期胚胎干细胞，可观察研究目的基因在胚胎不同发育阶段的特异性表达、闭关及调控机理。Kollais等把含有不同片段的珠蛋白基因导人小鼠，对他们在小鼠发育中的特异表达进行了研究。3.2在畜牧兽医中的应用3.2.1动物抗病育种转基因技术可以用于动物抗病育种，通过克隆特定基因组中的某些编码片段，对之加以一定形式的修饰以后转人畜禽基因组，如果转基因在宿主基因组能得以表达，那么畜禽对该种病毒的感染应具有一定的抵抗能力，或者应能够减轻该种病毒侵染时对机体带来的危害。其用于遗传育种，不仅可以加速改良的进程，使选择的效率提高，改良的机会增多，并且不会受到有性繁殖的限制。例如Berm将抗流感基因Mx转入猪；MiaoX[7]将Visna病毒（绵羊髓鞘脱落病毒）的表壳蛋白基因（Eve）转入绵羊，获得的转基因动物抗病力明显提高；丘才良把一种寒带比目鱼抗冻基因（AFP）成功地转移到大西洋鲑中，为提高某些鱼类的抗寒能力做了积极的尝试。3.2.2应用于动物生产通过转基因技术[8可以促进动物生长、提高畜产品产量、改善品质。继Palmiter将大鼠GH基因导入小鼠基因组得到巨型小鼠之后，牛、绵羊以及人的GH基因也先后导入小鼠基因组，得到的转基因小鼠在快速生长期（5-11周）生长速度达到对照组小鼠的4倍。外源GH调节生长的机理被认为是可以刺激宿主动物胰岛素样生长因子的合成与分泌。1996年，新西兰科学家关于转基因绵羊羊毛产量增加的报道吸引了不少同行的目光。Damak等将小鼠超高硫角蛋白启动子与绵羊的IGF－IcDNA融合基因显微注射到绵羊原核期胚胎，移植后生出5只羔羊，其中两只（一公一母）为转基因阳性。用转基因羊与43只母羊交配，生出85只羔羊，其中43只（50.6％）为转基因阳性。羔羊在14月龄剪毛时，转基因羊净毛平均产量比其半同胞非转基因羊提高了6.2％，公羔羊产毛量提高的幅度（9.2％）高于母羊3.4％）。在毛纤维直径、髓质以及周岁体重方面无明显差别。3.3在医学领域中的应用3.3.1在动物转基因技术问世以前，发现自然突变体几乎是遗传学家获得遗传疾病模型的唯一途径。目前，遗传学家可以通过精确地失活某些基因或增强某些基因的表达来制作各种各样的研究人类疾病的动物模型，也可以为研究诸如AIDS这样的疾病提供合适的动物模型。Yu等将突变的人甲状腺受体基因与β-肌动蛋白基因启动干融合后转入小鼠的基因组，以研究这种突变可能的结果。其研究结果表明，阳性小鼠体型普遍小，生长迟缓，眼睛睁开的时间晚，部分阳性小鼠眼睛眯缝，眼球小。其中一只阳性小鼠在6月龄时眼睛瞎了，此外，转基因阳性小鼠与对照组小鼠相比寿命都短，多于11-12月龄时死亡。这一系列的结果为诊断乃至治疗人类类似的疾病积累了宝贵的资料。3.3.2用转基因动物的乳腺生产重组蛋白（乳腺生物反应器）可能是转基因动物的最大应用，这也是世界范围内转基因研究的热点之一。Swamdom（1992）用β-球蛋白的4个核酸酶I的高敏位点与人的两个基因相连，融合基因产生的转基因猪与鼠的原型相似。Sham（1994）用同源性猪-球蛋白的基因做启动子连接入β-球蛋白基因编码区，在转基因猪中高效表达出人的血红蛋白。目前，把转基因动物当作生物反应器来生产药用蛋白已经受到国际社会的极大关注，不仅各国政府投资，一些私人集团也不惜投入大量资金加以研究和开发。3.3.3异源器官移植可能是解决世界范围内普遍存在的器官短缺的有效途径，目前对器官供体动物研究较多的是猪。猪作为人类器官移植的供体动物有以下一些优势：妊娠期短，产仔数多，后代生长快，而且不存在伦理方面的问题。更重要的是猪的不同发育时期的器官，诸如心脏、肾等与不同年龄的人的器官在大小上比较接近，极有可能代替病人的某些器官。满国彤等（1998）对转入CD59基因抑制猪供人移植HAR体外研究，利用脂质体转染成功地将LXSN-CD59转入猪血管内皮细胞，获得表达CD59蛋白克隆细胞，发现其表达的CD59蛋白对人体补体有调节作用。White博士等人的研究结果和最近Kroshus，Miyagawa等人的研究表明，携带人类免疫系统基因的转基因猪作为人类异种器官移植供体的前景美好。4转基因技术的不足面对越来越多的转基因食品，人们的认识并非一致，以美国为首的主吃派和欧洲为首的反对派在全球范围内形成了两大阵营。不久前调查表明，美国、加拿大两国的消费者大多已接受了转基因食品，仅有27％的消费者认为食用转基因食品可能会对健康造成危害。而在欧洲，大多数人是反对转基因食品的，英国尤为明显。缘由是1998年英国的一位教授的研究表明，幼鼠食用转基因的土豆后，会使内脏和免疫系统受损，这是对转基因食品提出的最早质疑，并在英国及全世界引发了关于转基因食品安全性的大讨论。虽然英国皇家学会于1999年5月发表声明：此项研究“充满漏洞”，得出转基因土豆有害生物健康的结论完全不足为凭。但是，转基因食品的安全性问题[9]已引起了消费者的怀疑。罗云波教授认为，从本质上讲，转基因生物和常规育成的品种是一样的，两者都是在原有的基础上对某些性状进行修饰，或增加新性状，或消除原有不利性状。常规育成的品种仅限于种内或近缘种间，而转基因植物中的外源基因可来自植物、动物、微生物。虽然，目前的科学水平还不能完全精确地预测一个外源基因在新的遗传[10]背景中会产生什么样的相互作用，但从理论上讲，转基因食品是安全的。罗云波教授说，他自己就吃转基因食品，他的同行包括做这方面研究和推广的人员，也不拒绝转基因食品。当问及长期食用转基因食品是否会对人体产生慢性副作用时，罗教授认为不会产生副作用，一是因为转基因食品上市之前是经过大量试验和许多部门严格检验的；二是由于转基因食品在体内不积累。至于人们怀疑转基因食品可能对人体产生种种危害，主要是他们对基因工程不了解，而且这些“危害”是毫无科学根据的。罗云波教授认为，在转基因食品大范围地走进我们的生活之前，仅有《农业作物基因工程安全管理实施办法》是远远不够的。因为此办法未涉及到进口的农产品，国外的转基因食品进入我国未做严格的限制，因此应尽早立法，这样才能对进口的转基因食品进行严格的安全检测[11]，真正确保消费者的利益。5转基因技术的前景5.1我国农业生产中面临的主要问题第一，主要作物的病虫危害逐年加重，每年喷施的大量农药既加重了农民负担，使农民增产不增收，又严重破坏了人类赖以生存的生态环境，还造成了食物中的大量农药残留，危害人类健康。因此，增加品种的抗虫性，减少农药的施用量是一个十分紧迫的问题。第二，高产品种需肥量大。目前我国大部分地区作物生产的施肥量已经超过了土地的承受能力，大量施肥除加重农民负担外，土壤退化、江河湖海的富营养化正成为农业和环境可持续发展的严重障碍。培育肥料高效利用的品种，在保持高产稳产的同时降低肥料用量也已迫在眉睫。第三，水资源日趋短缺。除西北长期缺水、华北旱灾频繁外，旱灾在长江流域发生的频率近年也有很大提高。据统计，我国农业耗水约占全国总耗水量的70％，而水稻的用水几乎占整个农业耗水的70％，在水资源日益短缺的今天，培育耐旱品种，降低水稻的用水对国民经济乃至人类社会的生存和发展均有着十分重要的意义。第四，我国北方的盐碱地面积很大，南方热带、亚热带土壤普遍为酸性，铝离子的毒害是一个严重问题。这些不良环境对作物的种植和产量潜力的发挥均有限制作用。第五，我国的主要作物的品质较差，既不能适应人民生活水平提高的要求，且又因其偏低的售价影响了农民的积极性，亟待改良。第六，近二十年来各种作物产量均现徘徊局面，新育出的品种在产量潜力上没有大的突破。5.2转基因技术在我国农作物改良中的前景近年来，国内外应用转基因技术[12]培育出了抗虫性强的玉米、水稻[13]、棉花[14]、等。抗虫棉花在国内外已大面积种植，抗虫玉米在国外已有很大的种植面积，它们的推广大幅度地降低了农药的用量。抗虫水稻为我国独有，已完成了中间试验，具备了产业化的条件。国外已培育出氮肥高效利用的转基因小麦，磷肥利用效率明显提高的转基因烟草。近年国内外均已鉴定分离出一些与氮、磷肥料利用效率有关的基因，将这些基因导入到其它作物，将可能有效地提高各种作物的肥料利用效率，降低肥料用量。随着分子生物学研究的进展，国际上已获得了不少调节植物水分状态使植物耐旱的基因，这些基因的利用将会培育出耐旱农作物品种。近年在耐盐碱、耐铝毒分子生物学研究取得了很好的进展，已分别培育出耐盐碱、耐铝毒的转基因植物。转基因技术的应用将在不久的将来培育出耐盐碱、耐铝毒的作物新品种。应用转基因技术培育的耐储藏保鲜番茄，在国内外都率先获准进行商品化生产。国内已培育出直链淀粉含量明显降低、蒸煮和食味品质明显改善的水稻。瑞士科学家培育的富含维生素A的“金米”由于其科学意义和政治意义，近年在国际上更是引起了轰动。在食品的营养品质、微量元素的改良方面，转基因技术预期将会发挥重要作用。应用转基因技术修饰植物的生理生化代谢途径，可以大幅度地提高作物的生产力，改进产量潜力。例如我国科学家通过转基因技术培育的延缓叶片衰老的水稻，单株生产力显著提高。5.3转基因技术在畜牧业、渔业上的应用前景利用基因技术制造的牛生长激素不仅可提高乳牛的泌乳量，而且还可加速肉牛生长并改善牛肉品质。转基因动物[15]还可以将正常人的基因片断或动物的基因导人另外的动物体内，让这些基因在哺乳动物体内表达，并通过该动物分泌的奶或其他组织、提取获得具有活性的分泌物质，获得大量廉价的珍稀药物，或是利用转基因动物培养人体器官，解决人体器官移植供体短缺问题。美国经过数年研究，于20世纪80年代最先实现了基因技术生产牛生长激素的批量生产。目前，美国是世界上唯一实现基因技术牛生长激素产业化的国家，美国30％的奶牛已使用基因工程牛生长激素，使得美国在维持全国奶量供应充足的同时，奶牛的饲养数量迅速减少33％，可见其巨大的经济效益。在鱼类育种上，近几年，国内外从事鱼类种基因研究的学者已经在生长激素基因的转移、抗冻蛋白基因的转移、珠蛋白基因的转移以及用精子载体法转基因技术、光敏生物素标记探针检测转基因鱼技术、PCR检测转基因鱼技术及鱼类基因转移的“导弹”、“霸弹”技术等方面都取得了较大进展。中国科学院水生生物研究所在世界上率先进行转基因鱼的研究，成功地将人生长激素基因、鱼生长激素基因导人鲤鱼，育成的当代转基因鱼，生长速度比对照快，并从子代测得生长激素基因的表达，为种基因鱼的实用化打下了基础。6总结自转基因动物问世以来，很快得到迅猛发展。通过生殖干细胞法提高了转基因的效率，通过基因打靶技术实现了外源基因的定点整合，而发展基因打靶技术，将其与RNA干扰结合在一起，使目的基因表达的时间和空间可控性成为可能，也为基因的精确调控[16]提供了全新的途径。今后的工作还应集中在现有的技术水平上建立更加简便、经济、有效的转基因技术，制备出外源基因稳定遗传的有生产应用价值的健康动物。随着家畜基因组计划的完成，人类将更有针对性地改良家畜基因，把外源基因插入到对动物生长影响较小的DNA片段中，从而克服随机整合和异常表达给家畜健康带来的问题，而基因打靶等新的转基因技术创造了这种可能。同时，转基因技术的发展需要更多的相关法律法规给予一定的支持。纵观这20多年的发展，相信经过科学工作者的不断探讨，结合各种生物技术，不久的将来会发展出更加简便、更加新颖的动物转基因技术，更多的转基因动物及其相关的产品必将走向产业化和市场化，改善人们的生活水平，对人类的生产和发展起推动性的作用。

参考文献[1]JaenischR,MintzB.Simianvirus40DNAsequencesinDNAofhealthyadultmicederivedfrompreimplantationblastocystsinjectedwithviralDNA[J].Proceedingsofthenationalacademyofsciences,1974,71(4):1250-1254.[2]王琴芳,薛爱红,黄大昉.转基因植物产业化现状与发展趋势[J].中国农业科技导报,2000,2(2):33-36.[3]梁海青,岳文斌.动物转基因技术的研究和应用前景[J].动物医学进展,2004,24(6):127-128.[4]卢萍,王宝兰.基因枪法转基因技术的研究综述[J].内蒙古师范大学学报:自然科学版,2006,35(1):106-109.[5]令利军,倪建福,张正英.花粉管通道转基因技术及在小麦分子育种中的应用[J].分子植物育种,2004,2(3):407-412.[