轉(zhuǎn)基因技術在動物遺傳育種中的應用

趙為民，王學敏，任守文，李碧俠，方曉敏，付言峰（江蘇省農(nóng)業(yè)科學院畜牧研究所，江蘇 南京 210014）

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轉(zhuǎn)基因技術在動物遺傳育種中的應用

趙為民，王學敏，任守文，李碧俠，方曉敏，付言峰
（江蘇省農(nóng)業(yè)科學院畜牧研究所，江蘇 南京 210014）

摘 要：轉(zhuǎn)基因是一項新技術，具有廣闊發(fā)展前景。本文從轉(zhuǎn)基因的概念、應用等方面敘述了目前動物轉(zhuǎn)基因技術的發(fā)展現(xiàn)狀，以期讓民眾能夠正確地理解轉(zhuǎn)基因技術，促進我國動物轉(zhuǎn)基因技術的發(fā)展及技術儲備。

關鍵詞：轉(zhuǎn)基因；動物；遺傳育種

隨著科學技術的不斷發(fā)展以及我國“轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項”的啟動實施，“轉(zhuǎn)基因”一詞語已經(jīng)越來越頻繁地呈現(xiàn)在大眾的面前，但普通民眾一般并不理解其本質(zhì)，甚至對轉(zhuǎn)基因有很大的抵觸心理，這在一定程度上已經(jīng)阻礙了我國轉(zhuǎn)基因技術的發(fā)展。因而十分有必要進行轉(zhuǎn)基因及其相關知識的普及，從而促進我國轉(zhuǎn)基因技術的發(fā)展，使我國在世界轉(zhuǎn)基因技術上占有一席之地。

1　轉(zhuǎn)基因的概念

20世紀初期，遺傳學家摩爾根通過果蠅遺傳實驗確定了染色體是基因載體。1953年沃森和克里克提出的DNA雙螺旋結構，認識了基因的本質(zhì)—基因是具有遺傳效應的DNA（脫氧核糖核酸）分子片段。轉(zhuǎn)基因（技術）通俗來說就是從特定的生物體DNA中克隆一段所需要的基因片段，通過特定的方法導入到指定的生物體中，使其在體內(nèi)表達。轉(zhuǎn)基因的本質(zhì)簡單來說就是基因轉(zhuǎn)移，從一個機體轉(zhuǎn)移到另一個機體中。其實基因轉(zhuǎn)移也是大自然中非常常見的一種現(xiàn)象，例如細菌中的演化，通過不斷地進行基因轉(zhuǎn)移獲取新基因來形成新物種，現(xiàn)代雜交育種本質(zhì)上也是基因轉(zhuǎn)移，只不過是數(shù)量巨大的基因轉(zhuǎn)移。

2　動物轉(zhuǎn)基因的應用

2.1轉(zhuǎn)基因動物育種

轉(zhuǎn)基因技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)動物上的應用主要是轉(zhuǎn)基因育種，可對動物進行精確的改良，從而快速達到對品種改良的目的。

抗病性能：2005年，Donovan等研究表明，將編碼溶葡球菌酶的基因轉(zhuǎn)入奶牛，轉(zhuǎn)基因牛乳房炎葡萄球菌感染率僅為14%，而非轉(zhuǎn)基因牛對照的感染率達71%。此外，吉林農(nóng)業(yè)大學的歐陽紅生教授制備了穩(wěn)定整合靶向豬瘟病毒的shRNA表達盒的轉(zhuǎn)基因克隆豬，并在細胞水平初步檢驗了其對豬瘟病毒增殖有顯著的抑制作用。

生長速度：1985年，Hammer等首次將人的生長激素基因?qū)氲截i中，獲得的轉(zhuǎn)基因豬與同窩非轉(zhuǎn)基因豬比較，其生長速度顯著提高。1989年，Pursel 等獲得的轉(zhuǎn)牛生長激素的轉(zhuǎn)基因豬，其日增重和飼料利用率明顯提高。如今，人們已經(jīng)發(fā)展到了利用可調(diào)控的生長激素元件來制備轉(zhuǎn)基因豬，這樣一方面避免過量的生長激素對豬本身造成的危害，另一方面又促進了豬的生長速度。

肉質(zhì)與奶品質(zhì)：多不飽和脂肪酸（PUFAs）ω-6 和ω-3是人體必需的脂肪酸。ω-6存在于常見的食物中，而ω-3不飽和脂肪酸多存在于海洋動植物等內(nèi)陸地區(qū)較少見的食物中。2006年，Lai等將獲得線蟲fat-1基因轉(zhuǎn)到豬中，fat-1的功能可將ω-6脫氫生成ω-3 PUFAs，從而提高豬肉中ω-3多不飽和脂肪酸的含量，提升了豬肉營養(yǎng)價值。改善奶品質(zhì)的主要內(nèi)容之一是改變?nèi)橹幸延谐煞值暮亢捅壤?003年，Brophy等培育了轉(zhuǎn)有β-酪蛋白和κ-酪蛋白基因的轉(zhuǎn)基因牛，奶中兩種酪蛋白的含量分別提高了20%和100%。

環(huán)保：2001年加拿大圭爾夫大學的Golovan等人將細菌植酸酶基因轉(zhuǎn)入到豬中，使其在豬的唾液中特異表達。結果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因豬的唾液中表達的肌醇六磷酸酶能加強對飼料中磷的吸收，從而使糞便中的磷含量相對于野生型非轉(zhuǎn)基因豬減少了75%，因而對環(huán)保大有裨益，被稱之為“環(huán)保豬”。事實上，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的種植不僅挽救了我國的棉花生產(chǎn)，而且還大大降低了殺蟲劑農(nóng)藥的使用量，從而使我國農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境得到顯著改善。

2.2生物醫(yī)學

在動物生物醫(yī)藥領域，轉(zhuǎn)基因技術主要應用于器官移植和生物制藥與基因工程疫苗。

豬由于在器官上的生理結構和大小與人相似，被認為是人類異種器官移植的理想供體來源。然而，異種移植上一直存在著排斥反應，這已成為異種器官移植的一大障礙。利用轉(zhuǎn)基因克隆技術可對豬的遺傳基礎進行改造，使之成為可適合人體器官移植的材料。早在1995年Rosengard等人就通過轉(zhuǎn)基因技術將人補體抑制因子和衰退加速因子（hDAF）轉(zhuǎn)到豬中，為解決器官移植中的超敏排斥反應提供了基礎。隨后的2002年，Lai和Dai等人結合基因打靶和體細胞核移植技術，成功獲得α-1，3半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因的敲除豬，直到最近Yang等人利用最新的cas9技術一次性敲除了豬自身的逆轉(zhuǎn)錄病毒序列，這些都為解決豬異種器官移植奠定了良好的基礎。

在生物制藥上，可以將轉(zhuǎn)基因動物作為生物工廠，生產(chǎn)一些比較珍貴的醫(yī)用藥物，例如利用轉(zhuǎn)基因豬生產(chǎn)人血紅蛋白、轉(zhuǎn)基因小鼠生產(chǎn)α1-抗胰蛋白酶等。

3　展望

我國是世界上率先開展轉(zhuǎn)基因生物育種的國家之一，但與世界發(fā)達國家的轉(zhuǎn)基因水平研究上還存在著明顯的差距。我國是一個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，然而人口多，人均資源貧乏，旱、澇、病蟲害頻繁發(fā)生，傳統(tǒng)技術（雜交育種等）的使用將來可能無法滿足未來社會和人口發(fā)展的需要。當今中國轉(zhuǎn)基因生物育種技術的發(fā)展正處在關鍵時刻，因此，我們需要依照今年中央1號文件，做到“加強農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術研發(fā)和監(jiān)管，在確保安全的基礎上慎重推廣”，促進我國動物轉(zhuǎn)基因技術的發(fā)展，做好未來廣泛使用動物轉(zhuǎn)基因的技術儲備工作。

（編輯：尹 云）

中圖分類號：S813

文獻標識碼：B

文章編號：1006-799X（2016）06-0030-01

作者簡介：趙為民（1983-），男，湖北鐘祥人，助理研究員，主要從事豬遺傳育種研究。

基金項目：轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項（2014ZX08006003-011）。