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1、1南京医科大学基础生命科学课程综述转基因技术的应用与前景姓名：xxh学号：专业：卫生检验 2010 年 6 月 13 日2转基因技术的应用前景作者：xxh摘要：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。但现在也有不少人对转基因产物的安全性提出不少质疑，对转基因技术一直怀着否定态度。不可否认，转基因技术的确有不少缺陷，但相信随着科技的发展，这些缺陷定会一一被克服，从而让转基因技术更好的服务人类。前言：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
2、其应用与发展。一、 转基因技术简介（一） 转基因技术的定义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。(二)转基因技术与传统技术的关系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
3、，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
4、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。（三） 转基因植物转基因植物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3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。（四） 转基因动物转基因动物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
5、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。二、 转基因技术的常用方法（一）植物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
6、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，
7、因此也是目前转基因研究中应用较为广泛的一种方法。3花粉管通道法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4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。（二）动物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
8、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
9、注射法成本的110。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。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。三、 转基因在各领域的应用(一) 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5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
10、功能进行研究，Jacob 和 Kollaid 等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。（二） 在畜牧兽医中的应用1. 应用于动物抗病育种转基因技术动
11、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； Clements 等将 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
12、抗寒能力做了积极的尝试。2. 应用于动物生产通过转基因技术可以促进动物生长、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（511 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 IGFI cDNA 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
13、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。（三）在医学领域中的应用61. 建立诊断和治疗人类疾病的动物模型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
14、等将突变的人甲状腺受体基因与 -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 一 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。2. 用于生产药用蛋白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-球蛋白的 4 个核酸酶 I 的高敏位点与人的两个基因相连，
15、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 - 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. 生产可用于人体器官移植的动物器官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
16、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 LXSNCD59 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，方法可行。四、 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7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
