轉基因技術應用前景綜述摘要：轉基因技術是將人工分離得到的生物基因（或DNA片段）導入到特定的生物細胞中，從而導致生物的遺傳特性發生所需變化的技術。轉基因技術是生物育種技術的延伸和發展.在諸多領域均有其應用與發展。轉基因技術現已在醫藥研究，農業生產，動物飼養等諸多方面被廣泛應用。文章綜述了近年發展的提高轉基因效率的生殖干細胞法、提高轉基因精確性的基因打靶法、RNA干擾介導的基因沉默技術和誘導多能干細胞轉基因技術。新的轉基因技術為轉基因動物的研究提供了更好的平臺，可以加快促進人類醫藥衛生、畜牧生產等領域的發展。關鍵詞：轉基因技術；應用；發展前景；綜述ReviewoftransgenictechnologyapplicationprospectsAbstract：Transgenictechnologyisisolatedbiologicalartificialgene(orDNAfragments)intospecificbiologicalcells,leadingtothedesiredtechnologicalpropertiesofbiologicalgeneticvariationoccurs.Transgenictechnologyisanextensionanddevelopmentofbio-breedingtechnologyinmanyareashasitsapplicationanddevelopment.Transgenictechnologyisnowwidelyusedinpharmaceuticalresearch,agriculturalproduction,animalhusbandryandotheraspects.Thispaperreviewsthedevelopmentinrecentyearstoimprovetheefficiencyofgenetransfermethodgermlinestemcells,geneticallymodifiedtoimprovetheaccuracyofgenetargeting,genesilencingtechnologyandRNAinterference-mediatedinductionofpluripotentstemcellsoftransgenictechnology.Thenewtransgenictechnologytostudytransgenicanimalsprovideabetterplatform,andacceleratingthedevelopmentofhumanmedicineandhealth,livestockproductionandotherfields.Keywords:Transgenictechnology;Application;Prospects;Review1轉基因技術簡介1.1轉基因技術的定義轉基因技術開始于20世紀80年代,JaenischR等[1]首次應用反轉錄病毒感染胚胎，制備了轉基因動物。隨著新技術新方法的出現，動物轉基因技術也在不斷的完善之中。利用傳統的轉基因方法，如顯微注射法、精子載體法、電穿孔法、脂質體介導法等，已經制備了轉基因小鼠、大鼠、豬、牛、羊、雞等多種轉基因動物。經過20多年的發展，動物轉基因技術在其多樣性和實用性方面均取得了顯著的進步，尤其是近幾年發展的幾項新技術，使轉基因動物的研究產生了歷史性的飛躍。通過生殖干細胞介導的轉基因技術、對胚胎干細胞以及體細胞等進行基因打靶的定點整合轉基因技術、RNA干擾介導的基因沉默技術以及誘導多能干細胞(iPS)技術，提高了轉基因動物制備效率，使基因表達的精確調控成為現實。更多更新穎的動物轉基因技術的出現，使得轉基因動物具有更加廣闊的應用前景如制備動物生物反應器、提高畜禽生產能力及肉奶品質、培育抗病動物、生產人類用動物器官、建立人類疾病模型等，將給人類帶來巨大的經濟效益。將人工分離和修飾過的基因導入到生物體基因組中，由于導入基因的表達，引起生物體性狀的可遺傳的修飾，這一技術稱之為轉基因技術。通俗地講，轉基因技術就是指利用分子生物學技術，將某些生物的基因轉移到其他物種中，改造生物的遺傳物質，使遺傳物質得到改造的生物在性狀營養和消費品質等方面向人類需要的目標轉變。人們常說的“遺傳工程”、“基因工程”、“遺傳轉化”均為轉基因的同義詞。1.2轉基因技術與傳統技術的關系伴隨每一次技術革命，人類都會以新的認知方式框構自然。20世紀以來，隨著生物基因技術的出現，自然呈現給人類的是一幅全新的基因圖景在技術工具理性的驅動下，人類獲得了打破物種間固有邊界并根據意愿重塑生物的能力"轉基因食品就是利用分子生物學手段，通過基因的跨物種轉移和遺傳物質的改造，使生物體在性狀、營養和消費品質等方面向人類所需要的目標轉變而形成的經過商業化推動，以世界上首例轉基因食品：一種軟化緩慢的西紅柿在市場上出售為標志，轉基因技術開始走出實驗室進入人們的日常生活。的DNA片段。這種方法的缺點是效率低、位置效應(外源基因插入位點隨機性)造成的表達結果的不確定性、動物利用率低等，在反芻動物還存在著繁殖周期長，有較強的時間限制、需要大量的供體和受體動物等特點。2.2.2精子介導的基因轉移是把精子作適當處理后，使其具有攜帶外源基因的能力。然后，用攜帶有外源基因的精子給發情母畜授精。在母畜所生的后代中，就有一定比例

的動物是整合外源基因的轉基因動物。同顯微注射方法相比，精子介導的基因轉移有兩個優點：首先是它的成本很低，只有顯微注射法成本的1/10。其次，由于它不涉及對動物進行處理，因此，可以用生產牛群或羊群進行實驗，以保證每次實驗都能夠獲得成功。2.2.3體細胞核移植是近年來新出現的一種轉基因技術。該方法是先把外源基因與供體細胞在培養基中培養，使外源基因整合到供體細胞上，然后將供體細胞細胞核移植到受體細胞-去核卵母細胞，構成重建胚，再把其移植到假孕母體，待其妊娠、分娩，便可得到轉基因的克隆動物。3轉基因在各領域的應用3.1在基礎理論方面的應用由于外源動物基因可在轉基因動物細胞中整合、表達，并制約于受體基因背景的調控，因此，可把轉基因本身當作一個理想的功能標記，進而在理論實踐方面得到應用：可以對基因的結構和功能進行研究，NaganoM等[6]用兩種不同的基因的局部片段組合成融合基因，做轉基因工作，觀察了這些異常的外源基因在宿主動物中的表達情況，并進行了有意義的探討可以進行組織表達特異性研究，Fukamizu等用含有轉錄起點上游3Kb，下游1.2Kb的人腎素基因構建轉基因小鼠。還可以研究發育過程的特異性表達。將不同的外源基因轉入宿主動物受精卵或早期胚胎干細胞，可觀察研究目的基因在胚胎不同發育階段的特異性表達、閉關及調控機理。Kollais等把含有不同片段的珠蛋白基因導人小鼠，對他們在小鼠發育中的特異表達進行了研究。3.2在畜牧獸醫中的應用3.2.1動物抗病育種轉基因技術可以用于動物抗病育種，通過克隆特定基因組中的某些編碼片段，對之加以一定形式的修飾以后轉人畜禽基因組，如果轉基因在宿主基因組能得以表達，那么畜禽對該種病毒的感染應具有一定的抵抗能力，或者應能夠減輕該種病毒侵染時對機體帶來的危害。其用于遺傳育種，不僅可以加速改良的進程，使選擇的效率提高，改良的機會增多，并且不會受到有性繁殖的限制。例如Berm將抗流感基因Mx轉入豬；MiaoX[7]將Visna病毒（綿羊髓鞘脫落病毒）的表殼蛋白基因（Eve）轉入綿羊，獲得的轉基因動物抗病力明顯提高；丘才良把一種寒帶比目魚抗凍基因（AFP）成功地轉移到大西洋鮭中，為提高某些魚類的抗寒能力做了積極的嘗試。3.2.2應用于動物生產通過轉基因技術[8可以促進動物生長、提高畜產品產量、改善品質。繼Palmiter將大鼠GH基因導入小鼠基因組得到巨型小鼠之后，牛、綿羊以及人的GH基因也先后導入小鼠基因組，得到的轉基因小鼠在快速生長期（5-11周）生長速度達到對照組小鼠的4倍。外源GH調節生長的機理被認為是可以刺激宿主動物胰島素樣生長因子的合成與分泌。1996年，新西蘭科學家關于轉基因綿羊羊毛產量增加的報道吸引了不少同行的目光。Damak等將小鼠超高硫角蛋白啟動子與綿羊的IGF－IcDNA融合基因顯微注射到綿羊原核期胚胎，移植后生出5只羔羊，其中兩只（一公一母）為轉基因陽性。用轉基因羊與43只母羊交配，生出85只羔羊，其中43只（50.6％）為轉基因陽性。羔羊在14月齡剪毛時，轉基因羊凈毛平均產量比其半同胞非轉基因羊提高了6.2％，公羔羊產毛量提高的幅度（9.2％）高于母羊3.4％）。在毛纖維直徑、髓質以及周歲體重方面無明顯差別。3.3在醫學領域中的應用3.3.1在動物轉基因技術問世以前，發現自然突變體幾乎是遺傳學家獲得遺傳疾病模型的唯一途徑。目前，遺傳學家可以通過精確地失活某些基因或增強某些基因的表達來制作各種各樣的研究人類疾病的動物模型，也可以為研究諸如AIDS這樣的疾病提供合適的動物模型。Yu等將突變的人甲狀腺受體基因與β-肌動蛋白基因啟動干融合后轉入小鼠的基因組，以研究這種突變可能的結果。其研究結果表明，陽性小鼠體型普遍小，生長遲緩，眼睛睜開的時間晚，部分陽性小鼠眼睛瞇縫，眼球小。其中一只陽性小鼠在6月齡時眼睛瞎了，此外，轉基因陽性小鼠與對照組小鼠相比壽命都短，多于11-12月齡時死亡。這一系列的結果為診斷乃至治療人類類似的疾病積累了寶貴的資料。3.3.2用轉基因動物的乳腺生產重組蛋白（乳腺生物反應器）可能是轉基因動物的最大應用，這也是世界范圍內轉基因研究的熱點之一。Swamdom（1992）用β-球蛋白的4個核酸酶I的高敏位點與人的兩個基因相連，融合基因產生的轉基因豬與鼠的原型相似。Sham（1994）用同源性豬-球蛋白的基因做啟動子連接入β-球蛋白基因編碼區，在轉基因豬中高效表達出人的血紅蛋白。目前，把轉基因動物當作生物反應器來生產藥用蛋白已經受到國際社會的極大關注，不僅各國政府投資，一些私人集團也不惜投入大量資金加以研究和開發。3.3.3異源器官移植可能是解決世界范圍內普遍存在的器官短缺的有效途徑，目前對器官供體動物研究較多的是豬。豬作為人類器官移植的供體動物有以下一些優勢：妊娠期短，產仔數多，后代生長快，而且不存在倫理方面的問題。更重要的是豬的不同發育時期的器官，諸如心臟、腎等與不同年齡的人的器官在大小上比較接近，極有可能代替病人的某些器官。滿國彤等（1998）對轉入CD59基因抑制豬供人移植HAR體外研究，利用脂質體轉染成功地將LXSN-CD59轉入豬血管內皮細胞，獲得表達CD59蛋白克隆細胞，發現其表達的CD59蛋白對人體補體有調節作用。White博士等人的研究結果和最近Kroshus，Miyagawa等人的研究表明，攜帶人類免疫系統基因的轉基因豬作為人類異種器官移植供體的前景美好。4轉基因技術的不足面對越來越多的轉基因食品，人們的認識并非一致，以美國為首的主吃派和歐洲為首的反對派在全球范圍內形成了兩大陣營。不久前調查表明，美國、加拿大兩國的消費者大多已接受了轉基因食品，僅有27％的消費者認為食用轉基因食品可能會對健康造成危害。而在歐洲，大多數人是反對轉基因食品的，英國尤為明顯。緣由是1998年英國的一位教授的研究表明，幼鼠食用轉基因的土豆后，會使內臟和免疫系統受損，這是對轉基因食品提出的最早質疑，并在英國及全世界引發了關于轉基因食品安全性的大討論。雖然英國皇家學會于1999年5月發表聲明：此項研究“充滿漏洞”，得出轉基因土豆有害生物健康的結論完全不足為憑。但是，轉基因食品的安全性問題[9]已引起了消費者的懷疑。羅云波教授認為，從本質上講，轉基因生物和常規育成的品種是一樣的，兩者都是在原有的基礎上對某些性狀進行修飾，或增加新性狀，或消除原有不利性狀。常規育成的品種僅限于種內或近緣種間，而轉基因植物中的外源基因可來自植物、動物、微生物。雖然，目前的科學水平還不能完全精確地預測一個外源基因在新的遺傳[10]背景中會產生什么樣的相互作用，但從理論上講，轉基因食品是安全的。羅云波教授說，他自己就吃轉基因食品，他的同行包括做這方面研究和推廣的人員，也不拒絕轉基因食品。當問及長期食用轉基因食品是否會對人體產生慢性副作用時，羅教授認為不會產生副作用，一是因為轉基因食品上市之前是經過大量試驗和許多部門嚴格檢驗的；二是由于轉基因食品在體內不積累。至于人們懷疑轉基因食品可能對人體產生種種危害，主要是他們對基因工程不了解，而且這些“危害”是毫無科學根據的。羅云波教授認為，在轉基因食品大范圍地走進我們的生活之前，僅有《農業作物基因工程安全管理實施辦法》是遠遠不夠的。因為此辦法未涉及到進口的農產品，國外的轉基因食品進入我國未做嚴格的限制，因此應盡早立法，這樣才能對進口的轉基因食品進行嚴格的安全檢測[11]，真正確保消費者的利益。5轉基因技術的前景5.1我國農業生產中面臨的主要問題第一，主要作物的病蟲危害逐年加重，每年噴施的大量農藥既加重了農民負擔，使農民增產不增收，又嚴重破壞了人類賴以生存的生態環境，還造成了食物中的大量農藥殘留，危害人類健康。因此，增加品種的抗蟲性，減少農藥的施用量是一個十分緊迫的問題。第二，高產品種需肥量大。目前我國大部分地區作物生產的施肥量已經超過了土地的承受能力，大量施肥除加重農民負擔外，土壤退化、江河湖海的富營養化正成為農業和環境可持續發展的嚴重障礙。培育肥料高效利用的品種，在保持高產穩產的同時降低肥料用量也已迫在眉睫。第三，水資源日趨短缺。除西北長期缺水、華北旱災頻繁外，旱災在長江流域發生的頻率近年也有很大提高。據統計，我國農業耗水約占全國總耗水量的70％，而水稻的用水幾乎占整個農業耗水的70％，在水資源日益短缺的今天，培育耐旱品種，降低水稻的用水對國民經濟乃至人類社會的生存和發展均有著十分重要的意義。第四，我國北方的鹽堿地面積很大，南方熱帶、亞熱帶土壤普遍為酸性，鋁離子的毒害是一個嚴重問題。這些不良環境對作物的種植和產量潛力的發揮均有限制作用。第五，我國的主要作物的品質較差，既不能適應人民生活水平提高的要求，且又因其偏低的售價影響了農民的積極性，亟待改良。第六，近二十年來各種作物產量均現徘徊局面，新育出的品種在產量潛力上沒有大的突破。5.2轉基因技術在我國農作物改良中的前景近年來，國內外應用轉基因技術[12]培育出了抗蟲性強的玉米、水稻[13]、棉花[14]、等。抗蟲棉花在國內外已大面積種植，抗蟲玉米在國外已有很大的種植面積，它們的推廣大幅度地降低了農藥的用量。抗蟲水稻為我國獨有，已完成了中間試驗，具備了產業化的條件。國外已培育出氮肥高效利用的轉基因小麥，磷肥利用效率明顯提高的轉基因煙草。近年國內外均已鑒定分離出一些與氮、磷肥料利用效率有關的基因，將這些基因導入到其它作物，將可能有效地提高各種作物的肥料利用效率，降低肥料用量。隨著分子生物學研究的進展，國際上已獲得了不少調節植物水分狀態使植物耐旱的基因，這些基因的利用將會培育出耐旱農作物品種。近年在耐鹽堿、耐鋁毒分子生物學研究取得了很好的進展，已分別培育出耐鹽堿、耐鋁毒的轉基因植物。轉基因技術的應用將在不久的將來培育出耐鹽堿、耐鋁毒的作物新品種。應用轉基因技術培育的耐儲藏保鮮番茄，在國內外都率先獲準進行商品化生產。國內已培育出直鏈淀粉含量明顯降低、蒸煮和食味品質明顯改善的水稻。瑞士科學家培育的富含維生素A的“金米”由于其科學意義和政治意義，近年在國際上更是引起了轟動。在食品的營養品質、微量元素的改良方面，轉基因技術預期將會發揮重要作用。應用轉基因技術修飾植物的生理生化代謝途徑，可以大幅度地提高作物的生產力，改進產量潛力。例如我國科學家通過轉基因技術培育的延緩葉片衰老的水稻，單株生產力顯著提高。5.3轉基因技術在畜牧業、漁業上的應用前景利用基因技術制造的牛生長激素不僅可提高乳牛的泌乳量，而且還可加速肉牛生長并改善牛肉品質。轉基因動物[15]還可以將正常人的基因片斷或動物的基因導人另外的動物體內，讓這些基因在哺乳動物體內表達，并通過該動物分泌的奶或其他組織、提取獲得具有活性的分泌物質，獲得大量廉價的珍稀藥物，或是利用轉基因動物培養人體器官，解決人體器官移植供體短缺問題。美國經過數年研究，于20世紀80年代最先實現了基因技術生產牛生長激素的批量生產。目前，美國是世界上唯一實現基因技術牛生長激素產業化的國家，美國30％的奶牛已使用基因工程牛生長激素，使得美國在維持全國奶量供應充足的同時，奶牛的飼養數量迅速減少33％，可見其巨大的經濟效益。在魚類育種上，近幾年，國內外從事魚類種基因研究的學者已經在生長激素基因的轉移、抗凍蛋白基因的轉移、珠蛋白基因的轉移以及用精子載體法轉基因技術、光敏生物素標記探針檢測轉基因魚技術、PCR檢測轉基因魚技術及魚類基因轉移的“導彈”、“霸彈”技術等方面都取得了較大進展。中國科學院水生生物研究所在世界上率先進行轉基因魚的研究，成功地將人生長激素基因、魚生長激素基因導人鯉魚，育成的當代轉基因魚，生長速度比對照快，并從子代測得生長激素基因的表達，為種基因魚的實用化打下了基礎。6總結自轉基因動物問世以來，很快得到迅猛發展。通過生殖干細胞法提高了轉基因的效率，通過基因打靶技術實現了外源基因的定點整合，而發展基因打靶技術，將其與RNA干擾結合在一起，使目的基因表達的時間和空間可控性成為可能，也為基因的精確調控[16]提供了全新的途徑。今后的工作還應集中在現有的技術水平上建立更加簡便、經濟、有效的轉基因技術，制備出外源基因穩定遺傳的有生產應用價值的健康動物。隨著家畜基因組計劃的完成，人類將更有針對性地改良家畜基因，把外源基因插入到對動物生長影響較小的DNA片段中，從而克服隨機整合和異常表達給家畜健康帶來的問題，而基因打靶等新的轉基因技術創造了這種可能。同時，轉基因技術的發展需要更多的相關法律法規給予一定的支持。縱觀這20多年的發展，相信經過科學工作者的不斷探討，結合各種生物技術，不久的將來會發展出更加簡便、更加新穎的動物轉基因技術，更多的轉基因動物及其相關的產品必將走向產業化和市場化，改善人們的生活水平，對人類的生產和發展起推動性的作用。

參考文獻[1]JaenischR,MintzB.Simianvirus40DNAsequencesinDNAofhealthyadultmicederivedfrompreimplantationblastocystsinjectedwithviralDNA[J].Proceedingsofthenationalacademyofsciences,1974,71(4):1250-1254.[2]王琴芳,薛愛紅,黃大昉.轉基因植物產業化現狀與發展趨勢[J].中國農業科技導報,2000,2(2):33-36.[3]梁海青,岳文斌.動物轉基因技術的研究和應用前景[J].動物醫學進展,2004,24(6):127-128.[4]盧萍,王寶蘭.基因槍法轉基因技術的研究綜述[J].內蒙古師范大學學報:自然科學版,2006,35(1):106-109.[5]令利軍,倪建福,張正英.花粉管通道轉基因技術及在小麥分子育種中的應用[J].分子植物育種,2004,2(3):407-412.[