浅谈转基因技术

浅谈转基因技术（北京林业大学园林学院风园专业）摘要：无可置疑，当今的生命科学技术已经走向成熟，在实践方面，生物技术产业也已初露端倪。我相信不久的将来，转基因技术将会贯穿于工业发展，城市建设，甚至于人们的日常作息中，越来越多的人能认识到转基因技术。关键词：转基因技术；遗传学；历史；应用Author:WangYumengDiscoursingTransgenictechnologyJournalofBeijingForestryUniversity[Ch.20ref.]CollegeofLandscapeArchitecture,BeijingForestryUniversity,100083,P.R.China;Summary:Beabovesuspiciondoubt,lifescienceandtechnologytodayhasmatured.Inpractice,thebiotechnologyindustryhasalsobeencreated.Ibelievethatinthenearfuture,willthetransgenictechnologyappliedtotheindustrialdevelopment,cityconstruction,eveninpeople'sdailyschedule,moreandmorepeoplerecognizethetransgenictechnology.Keywords:Transgenictechnology;hereditism;history;application1.转基因技术的介绍与历史发展1.1转基因技术的介绍转基因技术是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，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术（Transgenictechnology）。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。经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为遗传修饰过的生物体（Geneticallymodifiedorganism，简称GMO）。2012年8月30日，国际环保组织绿色和平向媒体披露美国塔夫茨大学用中国儿童做转基因大米试验，该大学已经承认。GeneticallyModified——转基因，简称GM。是指运用科学手段从某种生物体中提取所需要的基因，将其转入另一种生物中，使与另一种生物的基因进行重组，再从结果中进行数代的人工选育，从而获得特定的具有变异遗传性状的物质。与杂交不同，该技术利用转基因技术可以创造新染色体，改变动植物性状，培育新品种，具有更大的随机性、不确定性。也可以利用其它生物体培育出期望的生物制品，用于医药、食品等方面。1.2转基因技术的分类1.2.1植物转基因植物转基因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。1.2.2动物转基因动物转基因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。但由于转基因动物受遗传镶嵌性和杂合性的影响，其有性生殖后代变异较大，难以形成稳定遗传的转基因品系。因而，尝试从受体动物细胞中分离出线粒体，以外源基因对其进行离体转化，再将转基因线粒体导入受精卵，所发育成的转基因动物雌性个体外培养的卵细胞与任一雄性个体交配或体外人工受精，由于线粒体的细胞质遗传，其有性后代可能全都是转基因个体。1.2.3人工转基因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，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术（Transgenictechnology）。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。经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为“遗传修饰过的生物体”（Geneticallymodifiedorganism，简称GMO）。1.3转基因技术的历史1900年孟德尔定律被重新发现，遗传学诞生1909年丹麦遗传学家约翰逊创造了“基因”这个名词，指出基因型与表型的区别1926年摩尔根发表了著名的《基因论》1927年穆勒用x射线诱发了果蝇突变,表明基因会受到损伤发生变化1928年肺炎双球菌的转化实验说明DNA赋有特定的遗传性1953年沃森和克里克在Nature上发表核酸的分子结构一文,阐明DNA的双螺旋结构1957年克里克提出了著名的遗传信息流------中心法则1961年莫诺和雅各布提出乳糖操纵子模型,讨论基因调控原理1966年美国科学家破译生物界通用的64个遗传密码1973年美国柯恩领导的小组开创了体外重组DNA并成功转化大肠杆菌的先河，这一年被称为基因工程元年1999年灵长类（猴子）的克隆也顺利诞生，同年底科学家发现只需300个左右的基因即成一个最简单的生命。这意味着在不远的将来人类也许可以在实验室里创造生命。2000年6月人类基因组工作框架已经测序完成，该计划的完成对人类认识自我乃至推动整个生命科学的发展无疑具有极其重要的意义。2.转基因技术的应用2.1转基因技术在医学方面的应用转基因技术在开发新药物、开发新原料和为研究疾病提供新手段等方面具有重要的意义，为防治危害人类的各种疾病如传染病、内分泌疾病、恶性肿瘤和心血管疾病等开辟了新的天地。人类基因组计划（HumanGenomeProject，HGP）于1990年正式启动，其目的是阐明人类基因组DNA长达3X109碱基对的序列，发现所有的人类基因并阐明它们在染色体上的位置，从而揭示出人类遗传信息。人类基因组计划提出的原因一部分就是为了解决包括肿瘤在内的人类疾病的分子遗传学问题，因为人类基因组测序的完成将有利于这些疾病的定位、克隆和鉴定，从而为这些疾病的基因诊断和未来的基因治疗奠定了基础。2.1.1基因治疗的原理基因治疗是指将正常的外源基因导入生物体内以弥补所缺失的基因、关闭或降低异常表达的基因，以达到治疗遗传性疾病的目的。目前基因治疗的方法在治疗恶性肿瘤、心血管疾病及传染病有重要应用。因治疗中最合适的受体细胞能够自我更新的造血干细胞群体。这种细胞可以容易地从骨髓中取出，在体外进行操作之后，再重新放回患者的体内。现在也可应用其他细胞，如肝和皮肤细胞，作为基因治疗受体细胞。2.1.2基因治疗的应用（1）遗传性疾病的基因治疗世界上大多数人类遗传疾病是由于单基因缺陷引起的。转基因技术的发展，为治疗这些遗传疾病开辟了一条新的希望之路。世界上第一次真正的基因治疗是美国加州大学的科学家给两名晚期!地中海贫血患者进行的，但最终失败。世界上第二次真正的基因治疗发生于1990年。美国国立卫生院的科学家用反转录病毒作为载体，把腺苷脱氨酶（adenosinedelaminate，ADA）基因转染至一名患ADA缺陷症女孩的淋巴细胞，使这个患者先天缺损的免疫系统趋于正常。ADA缺陷最主要是影响到造血细胞，积累的脱氧腺苷导致未成熟的T细胞（产生胸腺的细胞）解体。在正常的细胞中，ADA酶是组成地表达，而且只需要少量即可阻止dATP（deoxyadenosinetriphosphate，脱氧腺苷三磷酸）的累积。（2）恶性肿瘤的治疗用反转录病毒将毒素基因导入癌细胞中，在靶细胞中表达毒素并发挥杀伤作用，但对其他细胞的毒性较低。目前这类载体已被改造为只攻击带有特殊标记的细胞，这样就可以运送常规的治疗蛋白，从而具有普遍意义。（3）传染病的基因治疗前几年，人们“谈癌色变”，而近几年，由于艾滋病患者数量不断增加，加上艾滋病的致死特点，使得人们有了“谈艾滋病色变”的感觉。美国科学家用反转录病毒将编码CD4分子的基因导入上皮细胞及小鼠的成纤维细胞并使之表达，目的是抑制艾滋病病毒HIV的繁殖。还有将编码艾滋病病毒RNA降解的核酸酶基因转染淋巴细胞，可以抑制HIV病毒的传播。利用类似的方法还可以治疗人乳头瘤病毒、巨细胞病毒及肝炎病毒的感染。2.2转基因技术在农业方面的应用现在转基因研究遍布全世界，转基因作物的种植面积迅速增加，其产值也逐年升高，其中美国和加拿大的田间试验最多。植物转基因在农业上的应用主要表现在以下几个方面：2.2.1品质遗传改良作物的优质一直是人们追求的目标，目前利用转基因植物可以有效地改良植物的品质特性。如韩国用转基因技术育成了一种便于淀粉加工的特异性微型薯种，个体如葡萄，结果性状也似葡萄，产量高达普通马铃薯产量的3倍，淀粉含量达40％。目前用于改良作物产品质量的基因主要有：控制果实成熟的基因；谷物种子贮藏蛋白基因；控制脂肪合成基因等。如中国农业大学成功地将高赖氨酸基因导人玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸含量比对照提高10％；华中农业大学和中国科学院植物研究所分别获得了延迟成熟的转基因番茄，储藏时间可延长1～2个月，有的可达80d以上。2.2.2抗虫害遗传改良植物病害和虫害往往使农业生产蒙受严重损失。人们通过使用农药，采用高水平的生产管理技术和培育、种植抗病虫的作物品种等手段与病虫害做斗争，虽然取得了长足进步，但并未完全成功。基因工程的发展为培育抗病虫的作物提供了新的手段，从而开辟了植物抗病虫育种的新时代。近年来这方面的成就主要有：(1)将病毒外壳蛋白基因移植到农作物中，使农作物能抵抗病毒感染，培育出抗病毒番茄、烟草、黄瓜等作物新品种。如从烟草花叶病毒(TMV)和黄瓜花叶病毒(CMV)中提取外壳蛋白基因，通过载体拼接到烟草基因上，实现基因重组，育成双价抗病转基因烟草。(2)将外源抗真菌基因导入小麦，防治小麦赤霉病、纹枯病、根腐病等真菌性病害。(3)抗植物虫害的基因有多种，目前经常使用的主要有3种：一是从微生物苏云金杆菌分离出的苏云杆菌杀虫结晶蛋白基因，简称Bt基因；二是从植物中分离出的昆虫的蛋白酶抑制剂，其中应用最广泛的是豇豆胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI)；三是植物凝集素基因(1ee—tingene)。这些转基因作物能减少杀虫剂和农药的用量，降低杀虫剂和农药及其残留物对食物链、水体造成的污染，有利于保护生态环境。2.2.3抗逆性遗传改良植物在自然界生长过程中易受外界环境影响，如旱涝、盐碱、强光、寒冷、高温、低温等作用于植物，会引起植物体内发生一系列的生理代谢反应，表现为代谢和生长的可逆性抑制，严重时甚至引发不可逆伤害导致整个植株死亡。研究发现，将与脯氨酸、甜菜碱及脂质合成有关的酶的基因克隆后转入植物，可提高植物相应的抗逆性。我国在抗盐基因工程研究方面已取得了一些进展，克隆了肺氨酸合成酶、山菠菜碱脱氢酶、磷酸甘露醇脱氢酶等与耐盐相关的酶的基因，通过遗传转化获得了耐盐的转基因苜蓿、草莓和烟草，这些转基因植物已进入田间试验阶段。通过化学方法来控制除草成为现代化农业不可缺少的一部分，除草剂的年产量和年销售量已跃居农药之首，据估计美国每年用在除草剂上的费用大约是50亿美元。目前，耐除草剂的基因工程主要有2种策略：(1)修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂不敏感或过量表达，造成植物吸收除草剂后仍能进行正常代谢。(2)引入酶或酶系统，在除草剂发生作用前将除草剂降解或解毒。如今已培育出了耐草甘磷和草铵磷的作物。具有耐除草剂性状的作物在1998～1999年问对全球转基因作物增长的贡献最大(占转基因作物种植面积的69％)。2.3转基因技术在动物方面的应用转基因动物的应用能提高动物