轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)及其在動物育種中的應(yīng)用

肖紅衛(wèi)　華文君　張立蘋　劉西梅　畢延震　李莉　任紅艷　華再東　鄭新民（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所/湖北省動物胚胎工程與分子育種重點實驗室袁湖北武漢430064）

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轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)及其在動物育種中的應(yīng)用

肖紅衛(wèi)華文君張立蘋劉西梅畢延震李莉任紅艷華再東鄭新民*
（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所/湖北省動物胚胎工程與分子育種重點實驗室袁湖北武漢430064）

摘要院本文簡單介紹了轉(zhuǎn)基因豬育種技術(shù)的研究意義堯基本概念堯研究方法以及在轉(zhuǎn)基因豬育種中的應(yīng)用,并對轉(zhuǎn)基因豬育種的前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)基因豬技術(shù):轉(zhuǎn)基因豬育種

當(dāng)今的動物育種科學(xué)已經(jīng)從過去的表型育種、雜交育種進(jìn)入到分子育種或基因工程育種的新階段[1]。轉(zhuǎn)基因動物育種與傳統(tǒng)的動物育種相比，大大縮短了改良動物遺傳特性、提高其經(jīng)濟(jì)性狀等的所需時間，成為動物分子育種學(xué)的重要研究內(nèi)容之一[2]。

轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對推動國民經(jīng)濟(jì)起到了舉足輕重的作用。習(xí)近平總書記于2013年12月23日在中央農(nóng)村工作會議上指出[3]：“講到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和食品安全，還有一個問題不得不提，就是轉(zhuǎn)基因問題。轉(zhuǎn)基因是一項新技術(shù)，也是一個新產(chǎn)業(yè)，具有廣闊發(fā)展前景。作為一個新生事物，社會對轉(zhuǎn)基因技術(shù)有爭論、有疑慮，這是正常的。對這個問題，我強(qiáng)調(diào)兩點：一是要確保安全，二是要自主創(chuàng)新。也就是說，在研究上要大膽，在推廣上要慎重。轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化推廣，要嚴(yán)格按照國家制定的技術(shù)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行，穩(wěn)扎穩(wěn)打，確保不出閃失，涉及安全的因素都要考慮到。要大膽研究創(chuàng)新，占領(lǐng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)制高點，不能把轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品市場都讓外國大公司占領(lǐng)了?！眹腋饔嘘P(guān)部門也組織各個單位進(jìn)行轉(zhuǎn)基因研究，體現(xiàn)了我國對轉(zhuǎn)基因及轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)的高度重視。

1　轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是Gordon等[4]在20世紀(jì)80年代初建立的，通過將外源基因?qū)雱游锱咛?，在出生后子代的基因組中能夠檢測到外源基因，整合進(jìn)基因組的外源基因能遺傳給子代。自從Palmiter等[5]于1982年獲得超級轉(zhuǎn)基因小鼠后，在全世界引領(lǐng)了世界各國轉(zhuǎn)基因動物研究的潮流，我國隨即開展了轉(zhuǎn)基因豬的跟蹤研究，在“863”計劃的支持下，湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所作為項目的實施單位，云集了當(dāng)時國內(nèi)的研究精英，并順利得到異種器官移植轉(zhuǎn)基因豬等一大批成果。其中，在驗證實驗中，轉(zhuǎn)基因豬的心臟移植給猴子后，克服了器官移植中的超急性免疫排斥反應(yīng)持續(xù)跳動90小時。在之后的轉(zhuǎn)基因研究中，該所通過各種技術(shù)手段又獲得了深海魚油轉(zhuǎn)基因豬、中國超級瘦肉豬以及節(jié)糧型轉(zhuǎn)基因豬。

由于豬自身的特性，湖北省農(nóng)科院畜牧獸醫(yī)研究所目前開展的轉(zhuǎn)基因豬的應(yīng)用研究主要集中在以下3個方面：1）利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)對豬進(jìn)行遺傳改良，用于培育提高了生產(chǎn)性能的新品種，目前正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ椌褪谴祟悾呀?jīng)得到了轉(zhuǎn)omiga-3不飽和脂肪酸合成酶基因豬、MSTN基因敲除豬以及轉(zhuǎn)IGF基因豬。2）利用轉(zhuǎn)基因豬生產(chǎn)具有類似人體生物活性的產(chǎn)品，包括異種器官移植和各種生物反應(yīng)器，此前湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所（現(xiàn)湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所動物生物技術(shù)研究室）承擔(dān)的國家“863”研究就是此類，已經(jīng)得到轉(zhuǎn)CD59基因豬、轉(zhuǎn)MCP基因豬、轉(zhuǎn)CD59+MCP雙基因豬以及轉(zhuǎn)DAF基因豬。3）在利用轉(zhuǎn)基因豬模擬重大疾病的發(fā)生上，湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所已經(jīng)得到的轉(zhuǎn)基因克隆巴馬豬主要是作為心血管疾病的醫(yī)學(xué)研究模型。

2　轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)的研究方法

在轉(zhuǎn)基因豬研究中，所轉(zhuǎn)的基因包含目的基因，但轉(zhuǎn)入的并不會僅僅只有這個片段，在這個目的片段前面會包含一個叫做啟動子的片段。啟動子是用來控制目的片段表達(dá)的DNA序列。生物個體在生命的不同階段甚至是同一階段的不同細(xì)胞，相同的基因都不會同時等量的表達(dá)，這個開關(guān)主要就是由啟動子來調(diào)控的，控制著轉(zhuǎn)入的基因在何時何地表達(dá)、表達(dá)多少，也就是說基因的表達(dá)是可控的。然后把轉(zhuǎn)有外源基因的胚胎移植給受體母豬，最后得到轉(zhuǎn)基因豬個體。得益于轉(zhuǎn)基因上游技術(shù)的發(fā)展，理論上利用基因組編輯技術(shù)可以對豬的基因組的任意位點進(jìn)行修飾，經(jīng)過基因組修飾的豬可以模擬特有豬種的基因所形成的經(jīng)濟(jì)表型。

2.1原核期胚胎顯微注射法

自從Palmiter得到超級鼠后，原核顯微注射法制備轉(zhuǎn)基因動物就形成了成熟的顯微注射技術(shù)，該方法是目前應(yīng)用比較廣泛、效果比較穩(wěn)定的轉(zhuǎn)基因?qū)敕椒ㄖ籟6]。該方法是通過—根極細(xì)的中空毛細(xì)玻璃管將外源DNA導(dǎo)入動物胚胎，再進(jìn)行胚胎移植操作，所得到的子代中有一定比例的個體中會表達(dá)外源DNA。該方法的特點是轉(zhuǎn)基因的效率較高，各個批次的轉(zhuǎn)基因試驗重復(fù)率高，試驗周期短。在轉(zhuǎn)基因操作過程中需要用到倒置顯微鏡以及顯微操作儀等貴重精密儀器，顯微注射技術(shù)操作起來比較困難。湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所所獲得的大部分轉(zhuǎn)基因豬都是采用該方法制作成功的。

2.2精子載體法

當(dāng)Lavitrano等[7]于1989年報道了以精子為基因載體獲得轉(zhuǎn)基因鼠和豬后，因為其簡便、高效率、低成本以及避免原核損傷的特點，在生物科技界引起很大震動。國際上各個轉(zhuǎn)基因?qū)嶒炇疫M(jìn)行了重復(fù)試驗，但是重復(fù)率在各個實驗室均不相同。該方法利用受精過程將外源基因通過精子作為載體引入受精卵內(nèi)，從而獲得轉(zhuǎn)基因動物。湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所前期也對該方法進(jìn)行了重復(fù)驗證實驗，成功獲得了轉(zhuǎn)CD59+MCP基因豬。

2.3體細(xì)胞核移植法

在多利羊誕生后，世界各國的科學(xué)家紛紛重復(fù)該實驗，并且獲得了轉(zhuǎn)基因的克隆動物。Polejaeva等[8]率先獲得體細(xì)胞克隆豬，隨后轉(zhuǎn)基因克隆豬在全世界紛紛誕生。湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)過多年探索，利用核移植技術(shù)先后獲得了胚胎細(xì)胞克隆豬和胎兒成纖維細(xì)胞克隆豬。

3　轉(zhuǎn)基因豬與轉(zhuǎn)基因豬育種

3.1轉(zhuǎn)基因豬的遺傳育種

整合進(jìn)轉(zhuǎn)基因豬個體染色體中的外源基因在生殖細(xì)胞的減數(shù)分裂過程會分配到各個配子中，當(dāng)使用轉(zhuǎn)基因陽性個體與非陽性個體雜交產(chǎn)生F1代時，若要F1代全為轉(zhuǎn)基因個體，所使用的轉(zhuǎn)基因陽性個體必須是轉(zhuǎn)基因純合子的基因型存在形式，否則F1代中只有50%比例的轉(zhuǎn)基因陽性個體。當(dāng)使用轉(zhuǎn)基因陽性個體與轉(zhuǎn)基因陽性個體雜交產(chǎn)生F1代時，雖然可以確保F1代的陽性率，但是，該方案與現(xiàn)行商業(yè)化生產(chǎn)中所利用的雜種優(yōu)勢相悖，并且不能利用常規(guī)育種的資源。

綜合以上兩點，我們認(rèn)為轉(zhuǎn)基因種豬的種質(zhì)資源更新?lián)Q代特別快，農(nóng)戶不能留種，即使留種了，后代也不會具有第一代的優(yōu)秀性能。因此，小散戶必須不停地購種，這使小散戶的利潤下降，逐漸退出現(xiàn)行生產(chǎn)模式，導(dǎo)致集約化生產(chǎn)的爆發(fā)，從而打破傳統(tǒng)的散戶養(yǎng)殖模式，最終品種高度集中在少數(shù)企業(yè)手中。在進(jìn)行轉(zhuǎn)基因豬育種的頂層設(shè)計時，需要注意的是，如果轉(zhuǎn)基因個體是用來提高生長性能或改善肉質(zhì)風(fēng)味的，在終端使用的可以是雜合子存在的后代；如果轉(zhuǎn)基因個體是用來作為生物反應(yīng)器、異種器官移植中的供體以及疾病模型使用的，在終端使用的必須是以純合子形式存在的后代。

3.2轉(zhuǎn)基因生物的品種權(quán)

在商業(yè)化生產(chǎn)上，常規(guī)育種資源集中在育種場手中。在轉(zhuǎn)基因制作上，轉(zhuǎn)基因科學(xué)家手上只有轉(zhuǎn)基因的專利、轉(zhuǎn)基因技術(shù)以及為轉(zhuǎn)基因試驗所購買的試驗豬。但是，科學(xué)家們利用所獲得的轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)行培育，希望得到轉(zhuǎn)基因生物的品種權(quán)。如果成功的話，每個品種將小規(guī)模地存在一個或多個轉(zhuǎn)基因品種。這樣，就優(yōu)化了種質(zhì)資源的結(jié)構(gòu)組成，大大改善種質(zhì)資源的供給狀況。通過這個過程，轉(zhuǎn)基因科學(xué)家們就能夠轉(zhuǎn)化前期的研究成果，利用專利、技術(shù)作為杠桿，撬動種質(zhì)資源的所有權(quán)屬。而作為高附加值產(chǎn)品的轉(zhuǎn)基因豬，不僅能夠擺脫目前生豬養(yǎng)殖利潤低下的困局，而且能夠細(xì)分客戶市場，引導(dǎo)消費潮流。

參考文獻(xiàn)

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[3]習(xí)近平.在中央農(nóng)村工作會議上的講話.十八大以來重要文獻(xiàn)選編[M].北京:中央文獻(xiàn)出版社, 2014.

[4] Gordon JW. Genetic transferation of mouse embryos by microinjection of puried DNA[J]. USA: Proceedings of the National Academy of Sciences, 1980, 77: 7380-7384.

[5] Palmiter RD. Dramaticgrowth of mice that develop from eggs microinjected with metallothionein-growth hormone fusiongenes[J]. Nature, 1982, 300: 611-615.

[6] Palmiter RD, Brinster RL . Transgenic mice[J]. Cell, 1985, 41: 343-345.

[7] Lavitrano M , Camaioni A, Fazio VM, et al.. Sperm cells as vectors for introducing foreign DNA into eggs:genetic transformation of mice[J]. Cell, 1989, 57: 717-723.

[8] Polejaeva IA, Chen SH, Vaught TD, et al. Cloned pigs produced by nuclear transfer adult somatic cells[J]. Nature, 2000, 407: 86-90.

中圖分類號院S828.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼院A

文章編號院1673-4645(2016)04-0057-03

收稿日期：2016-03-29

基金項目：轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項（2014ZX08006-003）

作者簡介：肖紅衛(wèi)（1979-），漢族，江蘇大豐人，助理研究員，碩士，主要從事動物生物技術(shù)研究，電話：027-87380647，E-mail：xiaohongwei2003＠163.com

*通訊作者，鄭新民，漢族，研究員，主要從事動物生物技術(shù)研究，E-mail：anbit20＠163.com