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转基因技术改良家畜的现状与趋势

作者:童佳 , 李宁来源:中国农业科技导报 , 2007, 9 (4)时间:2008-09-29 23:38点击:

始于 20世纪 80年代初的转基因动物技术 ,是指通过重组 DNA技术 , 将外源基因导入动物体内 , 外源性基因稳定整合在染色体基因组上并传给下一代。1982年 , 美国科学家 Pal miter等首次将大鼠生长激素基因与金属硫蛋白基因启动子拼接成融合基因 , 导入小鼠受精卵后 , 获得了转基因 “ 超级鼠 ” 。1997年 , 克隆羊 Dolly的诞生 , 开创了哺乳动物细胞核移植的里程碑。随后 ,通过该技术获得的可表达人凝血因子 Ⅵ的转基因绵羊 Polly诞生。2006年 8月全球第一个通过乳腺生物反应器生产的药物 ATrynμ批准上市 , 标志着转基因技术在动物农业和生物医药产业的发展进入到一个新的黄金时期。以转基因动物技术为核心的现代生物技术产业逐步形成 , 并成为当今世界发展速度最快、最活跃的高新技术产业领域之一。

我国居民的食物消费与营养发展正处于营养健康期 (2001年 -现在 ) , 食物消费结构从 “ 粗放型 ”转向了 “ 集约型 ” , 人们开始更加讲究食品的营养、卫生、品种、口感和色泽等。由于转基因技术有别于传统的育种方法 , 它可在较短时间内培育出常规方法不能或需长期培育才能育成的品种或种群 , 因此 , 利用转基因技术加快家畜品种的改良速度 , 提高肉、蛋、奶等食物的品质势必将成为未来 10到 20年内动物育种的重要手段之一。同时 , 利用转基因动物生产药物、医用细胞或器官的研究与开发 , 也必将进入一个新的高速发展时期。

1  转基因技术的发展现状

1 . 1  传统的转基因技术

1 . 1 . 1  显微注射法

  显微注射法是指通过显微操作仪把外源基因注入动物的受精卵 , 外源基因整合到受精卵细胞染色体上 , 然后受精卵发育成转基因动物的技术。1982年 , Pal miter等首次将
大鼠生长激素基因与金属硫蛋白基因启动子拼接成融合基因 , 导入小鼠受精卵后 , 获得了转基因“ 超级鼠 ” 。目前 , 这种方法被普遍采用 , 现在的转基因动物研究大都是在 Pal miter等方法的基础上改进进行的 , 已经生产出了转基因兔、绵羊、猪、牛、鱼和鸡等转基因动物。


1 . 1 . 2  逆转录病毒载体法  

 逆转录病毒载体法主要是利用其 DNA的 LTR区域的活性特点 , 将外源基因连接到 LTR下部进行重组后 , 包装成高滴度病毒颗粒 , 去直接感染受精卵 , 或微注入囊胚腔中。1974年 Jaenisch等将 SV40 DNA注入小鼠囊胚腔中 , 发现获得的小鼠体内有 SV40 DNA整合。此后 , Jaenisch等人成功地用逆转录病毒法获得了转基因小鼠。随后 , 转基因鸡、转基因牛也相继产生。


1 . 1 . 3  精子介导载体法 

 精子介导载体法就是使具有受精能力的精子与外源 DNA一起孵育 , 然后将该精子用于人工授精或体外受精 , 以期获得转基因动物。该方法简单、方便 , 依靠生理受精过程 , 免去了原核的损伤 , 转基因效率可达 30%。1989年 , Lavitrano 等首次利用小鼠精子与DNA温育产生转基因小鼠。由于结果不稳定 , 目前 , 该方法体系还未完全建立成熟 , 但是它是非常有发展前途的一种方法。它可以与体外受精、早期胚胎阳性选择和胚胎超低温保存技术相结合 ,使转基因技术更加实用化、简单化。

1 . 2  现代的转基因技术

1 . 2 . 1  体细胞核移植法 — — — 转基因克隆技术
 
转基因动物克隆的制作以克隆技术为基础 , 它是以动物体细胞为受体导入外源基因 , 再以这些体细胞作为核供体 , 进行动物克隆。最近几年体细胞克隆绵羊、山羊和奶牛等相继获得了成功 , 标志着以转基因体细胞为核供体制作克隆动物具有可行性。1997年 , 克隆羊诞生后不久 , 英国 PPL公司的科学家 Schnieke与罗斯林研究所的 Wil mut等共同合作 , 通过体细胞核移植技术获得了世界上首例表达用于治疗血友病的人凝血因子 Ⅸ的转基因绵羊 , 凝血因子 Ⅸ在羊乳中的表达高达 125 g·mL - 1。


1 . 2 . 2  基因打靶技术   基因打靶技术包括去除致病或不利基因座位的基因敲除技术 , 以及将目的基因定点整合到基因组特定位点的基因敲入技术。2000年 , McGreath等首次利用基因打靶技术生产了转基因克隆羊 , 证实了基因打靶技术可用于生产转基因大家畜。2003年 , Yutaka等利用基因敲除的方法获得了α2 1, 3半乳糖苷转移酶基因灭活的转基因牛 , 首次在牛中实现了基因打靶技术。


1 . 2 . 3  慢病毒载体技术   慢病毒载体技术是一种高效的转基因动物制备技术, 转基因效率可达60%以上。2003年 , Clark等利用慢病毒载体制备转基因动物的效率可达 80% ~100% , 生产 1只转基因绵羊只需 5只受体母羊 , 而传统的显微注射法则需 70只受体母羊。


2  转基因家畜的研究现状

2 . 1  转基因猪

猪作为优质的肉用型家畜 , 人们对其瘦肉率、肉质等主要经济性状方面的育种改良一直在做不懈的努力。随着人们生活水平的提高和营养观念的转变 , 对猪的要求不再仅仅是膘肥体重 , 而是在蛋白质、脂肪含量、风味和口感等方面的改进。转基因技术优势将在猪育种领域发挥不可替代的作用。

2 . 1 . 1  提高生长率  1985年 Harmmer和 Ber m首次用显微注射技术获得 1头转基因猪, 其与同窝非转基因猪比较 , 生长速度显著提高 , 饲料利用率提高 17% , 胴体脂肪明显减少。1989年 ,Pursel等把 IGF2 1基因转入猪中 , 首次获得表达IGF2 1的转基因猪 , 并在此基础上进行了品群扩繁。同年 , 我国将猪 GH基因转入湖北白猪受精卵中获得首批转基因猪 , 经几个世代的观察 , 其生长速度与饲料利用率分别比同窝猪提高 13 .4%和 10%。


2 . 1 . 2  提高抗病能力   小鼠中有一种黏病毒抗性蛋白 (Mx1) , 它能阻断流感病毒 A型的复制 ,使小鼠免受该病毒的侵染。1993年 , Suetlali等将含有编码小鼠 Mxl蛋白的 cDNA的 3种基因构件分别转移到猪中 , 获得 Mx1 2转基因猪。湖北省农业科学院畜牧研究所与中国农业科学院兰州兽医研究所合作 , 将抗猪瘟病毒 (HCV) 的核酶基因导入猪中 , 获得抗猪瘟病毒的转基因猪。


2 . 1 . 3  改变肉质组成  2004年日本近畿大学Saeki K等将菠菜 Δ2 12去饱和酶基因转入猪体内, 成功培育 6头转基因猪 , 其体内的不饱和脂肪酸要比一般猪高大约 20%。2006年 4月 , 美国密苏里 -哥伦比亚大学的赖良学等获得了转线虫 fa t2 1基因 (ω2 3去饱和酶基因 ) 的体细胞克隆猪 , 共有 10头 “ 转基因猪 ”成功诞生。在其体内表达的转基因可以将猪体内的ω2 6系饱和脂肪酸转化为ω2 3系不饱和脂肪酸 , 提高了ω2 3系脂肪酸含量 , 降低了ω2 6 /ω2 3的比例 , 大大提升了猪肉的营养价值。

 

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