轉(zhuǎn)基因技術(shù)介紹

胡慧宇

（1.新疆畜牧科學(xué)院生物技術(shù)研究所，烏魯木齊 830000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830000）

現(xiàn)代生物技術(shù)被譽(yù)為人類最杰出的科技進(jìn)步之一，而作為現(xiàn)代生物技術(shù)的典型代表——轉(zhuǎn)基因技術(shù)，已在醫(yī)藥、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指利用現(xiàn)代生物技術(shù)手段將特定的外源基因轉(zhuǎn)移到目的生物體，并使其產(chǎn)生可預(yù)期、定向遺傳改變的一項(xiàng)新興技術(shù)。作為一項(xiàng)新興技術(shù)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)自誕生以來一直飽受爭議，該技術(shù)會(huì)對(duì)人類生活產(chǎn)生怎樣的影響？只有通過認(rèn)識(shí)基因、了解轉(zhuǎn)基因技術(shù)，才會(huì)科學(xué)、理性地對(duì)待轉(zhuǎn)基因技術(shù)。

1 基因及轉(zhuǎn)基因技術(shù)

基因是遺傳信息的基本單元，是攜帶有遺傳信息的DNA 或RNA 序列，是影響生物體性狀的基本單位。生物體是一個(gè)由很多細(xì)胞組成的“王國”，基因則住在每個(gè)細(xì)胞里，像是生物體里的“代碼”，規(guī)定了每種細(xì)胞做什么樣的工作，支持著生命的基本構(gòu)造和性能，儲(chǔ)存著生命的種族、血型、孕育、生長、凋亡等過程的全部信息。1958年，英國科學(xué)家弗朗西斯·克里克最早提出了“中心法則”，闡明了基因的表達(dá)是通過將DNA 上的遺傳信息轉(zhuǎn)錄成mRNA，mRNA再經(jīng)過翻譯形成發(fā)揮不同功能的蛋白質(zhì)。而蛋白質(zhì)的功能決定了生物性狀的表現(xiàn)。簡單地說，基因是通過合成不同功能的蛋白質(zhì)來決定生物體的性狀特征。例如，人類的膚色，眼睛的單雙眼皮；植物中玉米的甜糯，水稻的抗病性；家畜中綿羊尾部的大小，羊毛的粗細(xì)長短等這些性狀都是由基因決定的。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指通過DNA 重組技術(shù)手段將人工分離和修飾過的基因轉(zhuǎn)移到目的生物體基因組中，通過外源基因的穩(wěn)定遺傳和表達(dá)，使生物體產(chǎn)生可預(yù)期的、定向的遺傳改變，以達(dá)到品種創(chuàng)新和遺傳改良的目的。通俗的說，就是采用人工的方法將一種生物的已知功能基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)“安家落戶”，使該生物體獲得人們所期望的新功能。此外，除了轉(zhuǎn)入新的外源基因，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)還可將生物體基因組中原有的某個(gè)基因進(jìn)行過表達(dá)、刪除或突變，以達(dá)到改變生物體遺傳性狀的目的。

2 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的典型代表，是現(xiàn)代分子生物學(xué)的一大發(fā)展產(chǎn)物。當(dāng)上世紀(jì)五十年代沃森和克里克揭示了DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)之后，人類便開啟了分子生物學(xué)時(shí)代，開始真正從分子水平認(rèn)識(shí)基因，同時(shí)也開始通過基因來改造生物的科學(xué)實(shí)踐。首先，DNA 重組技術(shù)，如1973 年，美國科學(xué)家把浸染細(xì)菌的病毒—噬菌體λ 的DNA 片段插入浸染哺乳動(dòng)物細(xì)胞的病毒—猿猴病毒SV40 的基因組中，并導(dǎo)入大腸桿菌中進(jìn)行擴(kuò)增，是人類首次開展的“遺傳工程”實(shí)驗(yàn)。隨后，“分子克隆”技術(shù)的產(chǎn)生促使人們開始利用細(xì)菌來生產(chǎn)需要的蛋白質(zhì)，如1978 年，科學(xué)家把人源胰島素基因轉(zhuǎn)入大腸桿菌中，使大腸桿菌可以合成人胰島素。

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，研究人員開始逐漸對(duì)動(dòng)、植物進(jìn)行轉(zhuǎn)基因生物改造。1980 年科學(xué)家Gordon 通過運(yùn)用顯微注射法獲得轉(zhuǎn)基因小鼠[1]，由此標(biāo)志著動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的建立。隨后的研究中，人們通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)也獲得了轉(zhuǎn)基因豬、牛、羊、兔等動(dòng)物[2]。而轉(zhuǎn)基因植物的首次成功獲得是關(guān)于農(nóng)桿菌侵染植物的機(jī)理研究。1983 年，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將卡那霉素抗性基因?qū)霟煵?，將大豆基因轉(zhuǎn)入向日葵，標(biāo)志著植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的開始。之后，花粉管通道法、基因槍法等技術(shù)的出現(xiàn)均被廣泛應(yīng)用于植物轉(zhuǎn)基因研究中。目前，針對(duì)動(dòng)、植物已發(fā)明了多種轉(zhuǎn)基因技術(shù)方法，因而大大加快了轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用步伐。

3 常用的動(dòng)植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)

常用的動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)有：（1）核顯微注射法：是指在倒置顯微鏡微量注射臺(tái)上，利用0.1～0.5 μm 的玻璃微量注射針直接將外源重組DNA 注射到受精卵原核中，使外源基因與宿主基因組發(fā)生融合，體外培養(yǎng)受精卵并將其移植到受體動(dòng)物子宮內(nèi)發(fā)育；（2）精子介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移法：是將成熟的精子與外源基因進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)之后，使精子攜帶外源基因。通過體外受精等方法，吸收含有外源基因的精子進(jìn)入卵子，并使外源基因整合于基因組中[3]；（3）核移植轉(zhuǎn)基因法：將外源基因轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的體細(xì)胞中，篩選獲得帶有轉(zhuǎn)基因的細(xì)胞。隨后，將其細(xì)胞核取出移入新的去核的卵母細(xì)胞中，培育重組胚胎并移植到母體中，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)基因動(dòng)物；（4）逆轉(zhuǎn)錄病毒法：利用逆轉(zhuǎn)錄病毒DNA的LTR區(qū)域具有轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子活性的特點(diǎn)，將外源基因重組到逆轉(zhuǎn)錄病毒載體上，制成高濃度的病毒顆粒直接感染受精卵或微注入囊胚腔中，通過病毒將外源基因插入整合到宿主基因組中。

常用的植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)有：（1）農(nóng)桿菌介導(dǎo)法：農(nóng)桿菌細(xì)胞中含有Ti 質(zhì)?；騌i 質(zhì)粒，其上有一段T-DNA 經(jīng)改造后可插入外源基因片段。當(dāng)農(nóng)桿菌侵染植物傷口時(shí)，可將包含外源目的基因的T-DNA轉(zhuǎn)入到植物基因組中；（2）基因槍法：通過一種被稱為基因槍的設(shè)備，利用火藥引爆或高壓氣體加速，將帶有外源基因的金屬顆粒（金?；蜴u粒）以一定速度打入植物細(xì)胞。外源目的基因會(huì)隨機(jī)地插入到植物基因組中，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因操作；（3）花粉管通道法：主要原理是在植物開花時(shí)，向植物花器的子房中注射含外源基因的DNA 溶液，使外源基因沿著植物在開花、受精過程中形成的花粉管通道進(jìn)入胚囊，并進(jìn)一步整合到植物細(xì)胞基因組中，然后隨著受精卵的發(fā)育而產(chǎn)生轉(zhuǎn)基因新個(gè)體。

4 轉(zhuǎn)基因技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)間的異同

轉(zhuǎn)基因技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)一樣，作為人類改良物種的方法，本質(zhì)上都是以使動(dòng)物或植物獲得優(yōu)良基因?yàn)槟康膩磉M(jìn)行遺傳改良的。但是，轉(zhuǎn)基因技術(shù)又與傳統(tǒng)育種技術(shù)明顯不同。首先，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以不受物種界限，使不同物種間的基因在人為技術(shù)手段下發(fā)生轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物體的改造。而傳統(tǒng)育種技術(shù)只能在同一物種內(nèi)實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移；其次，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以針對(duì)基因組內(nèi)特定的基因進(jìn)行精準(zhǔn)操作，預(yù)知轉(zhuǎn)基因后代的性狀。而傳統(tǒng)育種技術(shù)一般是在生物個(gè)體的基因組水平上對(duì)目標(biāo)物種進(jìn)行選擇，對(duì)于后代性狀的預(yù)見性較差。因此，相比于傳統(tǒng)育種技術(shù)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)效率更高，針對(duì)性更強(qiáng)，可以更加快速、高效地改變目標(biāo)物種的性狀特征，從而加快物種改良的速度、提高物種改良的效率。

5 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)如今，轉(zhuǎn)基因技術(shù)已在醫(yī)藥、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在醫(yī)藥領(lǐng)域，可利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)胰島素、干擾素、免疫球蛋白、重組疫苗、人表皮生長因子等珍稀藥物；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，可利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)對(duì)動(dòng)植物品種進(jìn)行遺傳改良。獲得具有抗蟲、抗病、耐除草劑等性狀的轉(zhuǎn)基因作物等[4]；在工業(yè)領(lǐng)域，可利用轉(zhuǎn)基因工程菌生產(chǎn)食品用酶制劑、添加劑和洗滌酶制劑等；在環(huán)境保護(hù)和能源領(lǐng)域，可利用轉(zhuǎn)基因生物降解污染物和發(fā)酵燃料酒精等。

6 展 望

在生命科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代，以轉(zhuǎn)基因技術(shù)為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)已取得了巨大的成果，在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)影響著人類的生產(chǎn)生活，并且由于人們對(duì)轉(zhuǎn)基因生物安全性的關(guān)注，一些注重轉(zhuǎn)基因生物安全性的轉(zhuǎn)基因方法也日益得到重視。與其他新興技術(shù)一樣，轉(zhuǎn)基因技術(shù)需要在嚴(yán)格的安全評(píng)價(jià)和有效監(jiān)管下，以理性科學(xué)的態(tài)度利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，興利除弊，做好信息公開以及標(biāo)識(shí)管理工作，滿足公眾的知情權(quán)和選擇權(quán)，最大限度的發(fā)揮其積極作用，使其對(duì)人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生推動(dòng)作用。