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。自从人类耕种作物以来，我们的祖先就从未停止过作物的遗传改良。过去的几千年里农作物改良的方式主要是对自然突变产生的优良基因和重组体的选择和利用，通过随机和自然的方法来积累优良基因。遗传学创立后近百年的动植物育种则是采用人工杂交的方法，进行优良基因的重组和外源基因的导入而实现遗传改良。因此，转基因技术与传统技术是一脉相承的，其本质都是通过获得优良基因进行遗传改良。但在基因转移的范围和效率上，转基因技术与传统技术有两点重要区别。第一，传统技术一般只能在生物种内个体间实现基因转移，而转基因技术所转移的基因则不受生物体间亲缘关系的限制。第二，传统的杂交和选择技术一边是在生物个体水平上进行，操作对象是整个基因组，所转移的是大量的基因，不可能准确地对某个基因进行操作和选择，对后代的表现预见性较差。而转基因技术所操作和转移的一般是经过明确定义的基因，功能清楚，后代表现可准确预见。因此转基因技术是对传统技术的发展和补充。将两者紧密结合，可相得益彰。1.3转基因植物转基因植物[2]是基因组中含有外源基因的植物。它可通过原生质体融合、细胞重组、遗传物质转移、染色体工程技术获得，有可能改变植物的某些遗传特性，培育高产、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等的作物新品种。而且可用转基因植物或离体培养的细胞，来生产外源基因的表达产物，如人的生长素、胰岛素、干扰素、白介素2、表皮生长因子、乙型肝炎疫苗等基因已在转基因植物中得到表达。1.4转基因动物转基因动物[3]就是基因组中含有外源基因的动物。它是按照预先的设计，通过细胞融合、细胞重组、遗传物质转移、染色体工程和基因工程技术将外源基因导入精子、卵细胞或受精卵，再以生殖工程技术，有可能育成转基因动物。通过生长素基因、多产基因、促卵素基因、高泌乳量基因、瘦肉型基因、角蛋白基因、抗寄生虫基因、抗病毒基因等基因转移，可能育成生长周期短，产仔、生蛋多和泌乳量高，转基因超级鼠比普通老鼠大约一倍。生产的肉类、皮毛品质与加工性能好，并具有抗病性，已在牛、羊、猪、鸡、鱼等家养动物中取得一定成果。2转基因技术的常用方法2.1植物2.1.1农杆菌介导转化法农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤或发状根。根癌农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。2.1.2基因枪介导转化法利用火药爆炸或高压气体加速，将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹直接送入完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。与农杆菌转化相比，基因枪法转化[4]的一个主要优点是不受受体植物范围的限制。而且其载体质粒的构建也相对简单，因此也是目前转基因研究中应用较为广泛的一种方法。2.1.3花粉管通道法[5]在授粉后向子房注射合目的基因的DNA溶液，利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法于80年代初期由我国学者周光宇提出，我国目前推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。该法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，不需要装备精良的实验室，常规育种工作者易于掌握。2.2动物2.2.1核显微注射法核显微注射法是动物转基因技术中最常用的方法。它是在显微镜下将外源基因注射到受精卵细胞的原核内，注射的外源基因与胚胎基因组融合，然后进行体外培养，最后移植到受体母畜子宫内发育，这样分娩的动物体内的每一个细胞都含有新的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核移植转基因法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应用于动物抗病育种转基因技术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