转基因

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转基因英语:transgene),通过物理化学或生物的方法导入生物体内的外源的或经过修饰的基因。1982年美国科学家将大鼠生长激素基因导入小鼠受精卵,培育成体重明显增加的“超级小鼠”。1983年科学家采用农杆菌介导方法培育出世界上第一例转基因植物——转基因烟草。动植物转基因的成功事例表明,人类已能将特定的基因,经过修饰和改造后导入同种、近缘、甚至远缘物种的基因组中,按设计者的意愿创造具有特定表型的生物体,或者产生自然界非常珍稀的生物产品。

技术方法

转基因是在现代分子生物学和细胞生物学的基础上发展起来的生物技术,涉及目标基因的克隆、转基因表达载体的构建、合适的转基因受体的选择、转基因细胞系的筛选以及转基因个体的分子检测。

转基因表达载体

携带转移基因及其表达控制元件的质粒或病毒DNA称为转基因表达载体。表达载体中的转基因来源根据实验目的的不同,转基因产物可以是酶、结构蛋白质、肽激素、抗病因子或调控因子。表达载体的调控元件对转基因的表达效果非常重要,是转基因能否成功的关键因素之一。调控元件可以是组成型表达的启动子,也可以是具有组织专一性表达特点的启动子。为了使转基因能顺利整合到受体基因组中,许多表达载体除外源基因之外,还含有同DNA整合有关的基因以及边界顺序,它们可介导外源基因插入到受体细胞的基因组中。如脊椎动物的表达载体即利用了逆转录病毒基因组的蛋白酶和整合酶基因以及两侧的重复顺序,在外源基因转录后,可以cDNA的形式插入到受体细胞基因组中。植物转基因的表达载体也有类似的结构元件,它们来自一种天然的土壤农杆菌,称为T–DNA(转移DNA)。

外源基因转移的方法

根据受体细胞不同的特点,已经发展了许多有效的外源基因转移的方法。脊椎动物转基因通常采用人工方法将外源基因导入受精卵或早期胚胎细胞,然后将含有外源基因的受精卵植入同期发情的受体动物。在植入前必须检测转基因处理的胚胎是否含有插入的外源基因;动物出生后,需要检测基因整合和表达情况。对家畜和家禽的转基因,还要进行育种试验,建立有转基因个体或群体组建的转基因系,使外源基因稳定地遗传给下一代。

植物转基因一般是利用生物或物理化学等手段,将外源基因导入植物细胞,然后经组织培养获得转基因再生植株。已在植物中成功地建立了多种转化系统,如以PEG介导的原生质体转化法、基因枪法、电击法和农杆菌介导转化法。

动物转基因技术中实现外源基因的导入与整合是转基因能否成功的关键。常用的方法有:显微注射法,病毒转染法,生殖细胞介导法,胚胎干细胞转化法等。

转基因的应用

从第一株转基因烟草培育成功起,已有140多种植物(如烟草、玉米、小麦、水稻、大豆、番茄、马铃薯、油菜、苜蓿、甜菜、棉花、黄瓜、胡萝卜、杨树等)相继被转化,涉及的性状为抗病毒、抗虫、抗除草剂、抗逆、高产、优质、耐贮藏、耐运输、雄性不育、药物生产与环境美化等很多方面。转基因植物在农业生产上的应用与开发已经取得了一系列突破性进展,对解决人类面临的资源短缺、环境污染与效益减退等问题都有突出的贡献。

转基因动物在基因表达与调控的基础理论研究、贵重药物生产、人类疾病模型动物的建立、生产供人类移植用器官、培育家畜新品种等方面均已得到广泛应用,成为生物工程领域中一个新的生长点。转基因动物在改良畜禽生产性状,提高畜禽抗病力,发展动物乳腺反应器等领域均有重要意义。1985年科学家第一次成功将人的生长激素基因移入猪的受精卵,转基因猪与非转基因猪比较,生长速度和饲料利用效率显著提高,胴体脂肪率也明显降低。此后,羊、牛和鸡等畜禽的转基因研究也相继获得成功。

转基因动、植物的安全性

转基因制品的安全性一直是人们关心的热点问题,存在激烈的争论。与任何一种技术一样,转基因技术也具有两面性。许多科学家对转基因作物寄予厚望,认为将带动一场以“分子耕作”为基础的新型农业革命,为解决全世界的温饱问题带来希望。

但是持不同看法的反对者提出,转基因动、植物尤其是转基因植物具有以下潜在的风险:

1.通过自然授粉转基因可入侵不同的栽培品系。

2.转基因通过与其野生亲缘种间的基因交流而发生逃逸,导致野生植物品系中具有抗除草剂的能力而难以控制。

3.抗病毒作物因变异和重组有可能产生新的病毒。

4.转基因植物释放后对土壤生态系统及自然界的物质循环带来不可预知的影响,如在抗除草剂转基因作物培育中,由于过量使用除草剂,使一些非主要作物受到伤害甚至灭绝,并影响其他动物。

5.害虫对转Bt基因植物产生抗性。

6.转基因植物产生的杀虫剂可能对非目标生物造成伤害,使其他小动物或昆虫受到株连而被灭绝。

虽然对转基因植物安全性的看法观点不一,但是为了保证人类有一个良好的生态环境,国际社会已对生物技术产品可能存在的潜在危险高度重视。许多国家根据各自国情制定了相应的转基因动、植物释放的法规条文。联合国环发大会(1992)签署的《生物多样性公约》指出:“由生物技术改变的活生物体在使用和释放时,既要考虑到其可能对环境产生的不利影响,从而影响到生物多样性的保护和持续利用;也要考虑到对人类健康的危险。为此对转基因植物必须进行安全评价,以保证使用的安全性。”中国在1993年颁布了第一部《基因工程安全管理办法》,1996年又颁布了《农业生物基因工程安全管理实施办法》,明确规定转基因实验研究、中间试验、环境释放和商品化生产都应事先经过有关部门直至全国基因工程安全委员会批准。

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