例談轉基因動植物目的基因的遺傳問題

【摘要】轉基因動植物的遺傳問題是近幾年高考和各地調研試題的一個熱門考點，考察的知識點涉及基因工程、細胞核遺傳與細胞質遺傳（母系遺傳）、孟德爾遺傳定律等多個方面，總體難度比較大，概念易混淆，本文擬從轉基因動植物的一般原理和方法的介紹開始，然后再聯系幾個典型試題進行必要的分析。

【關鍵詞】轉基因動植物；目的基因；遺傳

轉基因生物含有的基因包括自身原有基因和外源基因，外源基因又包括目的基因或載體中的標記基因等多種基因，本文主要研究的轉基因的動植物的目的基因能否通過有性生殖遺傳，以及遺傳方法。

一、動植物轉基因的常見方法

1.動物轉基因的常見方法。動物轉基因最常用的方法是顯微注射法，轉染的成功率較高，該方法需要保證基因表達載體的高純度，利用到的技術主要是超數排卵、體外受精（或體內受精）、早期胚胎培養、胚胎移植等生物學技術。該方法最終將目的基因直接注入了目的細胞的細胞質或細胞核。但是顯微注射技術操作繁瑣，無法一次獲得大量轉基因細胞。因此科研人員設計了一些載體介導的轉基因動物方法，如適用于哺乳動物的SV40 載體（simian vacuolating virus 40 vector），它可以攜帶目的基因通過非同源重組而整合進真核細胞的染色體組。而另一種載體人乳多空BK病毒（human papova BK virus，BKV）則可以攜帶目的基因以類似于質粒的方式----多拷貝染色體外雙鏈DNA形式存在數代。另外轉基因動物的基因導入方法還有電擊法、脂質體介導的基因轉移等多種方法。

2.植物轉基因的常見方法。植物轉基因使用最多的將目的基因導入植物細胞的方法是農桿菌轉化法。革蘭氏陰性菌土壤農桿菌（Agrobacterium tumerfaciens）攜帶的Ti質粒（tumor-inducing plasmid）上有一段DNA，稱為T-DNA（transfer-DNA），它可以高效的攜帶目的基因進入雙子葉植物并整合到植物細胞的染色體中，并發生穩定的遺傳。此法介導的基因轉移具有轉化效率高、目的基因無重大修飾改變、單拷貝轉移等優點。

二、動植物轉基因的遺傳方式

隨著現代生物技術的快速發展，轉基因的新技術不斷產生，老技術不斷完善，由于不同的目標，人們選擇的受體細胞也有所不同，比如人們如果想得到某種具有某一特殊的性狀的細胞或相應的細胞產物，常會選擇那些分裂能力強、繁殖周期短的細胞，比如為獲得用于表達外源蛋白的哺乳動物細胞系，人們都是用培養的癌細胞來作為受體細胞，因為癌細胞具有較好的分裂穩定性，可確保轉入的目的基因多次傳代后不丟失，能穩定遺傳。

1.細胞核遺傳。當轉基因技術被用于動植物育種時，人們主要考慮的是盡可能的把目的基因轉入細胞核并整合到染色體當中去。轉基因動植物在育種中的利用主要有兩種方式，直接育成新品種，或轉基因生物作為種質資源通過有性雜交或回交育種進行再利用。綜合分析眾多的轉基因遺傳結果，可以得知絕大多數轉基因的遺傳方式符合孟德爾的基因分離定律。以抗蟲棉為例，若以轉基因直接獲得抗蟲棉為親本P，與普通的非抗性棉花雜交，F1當中抗性與非抗性的比值滿足1:1，F1當中的抗性植株自交產生的F2當中抗性與非抗性的比值滿足3:1的性狀分離比，由此可知抗蟲棉是由一對等位基因控制的，普通抗蟲棉基因型可看作Aa，如果直接以此棉花作為轉基因抗蟲棉去推廣種植，很顯然會在后代出現性狀分離，最終抗性比例逐漸下降，為了解決此問題我們可以通過將普通轉基因抗蟲棉經過多代自交后獲得穩定遺傳的純合子AA。如果通過純種抗蟲棉與非抗蟲棉的正、反交，其F1具有明顯的棉鈴蟲杭性，杭蟲水平與純合親本一致，抗棉鈴蟲性狀表現為顯性遺傳，正、反交F1的抗蟲性基本相近，表明轉基因獲得抗蟲棉屬于典型的細胞核遺傳。

2.細胞質遺傳。在轉基因動植物的細胞核遺傳給人類帶來更多的喜悅和收獲的同時，有關轉基因植物的安全性問題日益受到普遍關注。例如重組核基因通過植物異花授粉向野生近緣種傳播的可能性(特別是一些異花授粉植物接受抗除草劑基因的可能性)，慶幸的是人類作為一種高級動物，早就意識到科技進步的兩面性，因此有科學家根據有性生殖過程中雌雄配子的形成和受精的特點，設想把有些特殊目的基因轉入到受體細胞的葉綠體或線粒體基因組中，由于植物的花粉和動物的精子幾乎不會將細胞質基因帶入受精卵，也就是說受精卵中的由細胞質基因幾乎全部來自卵細胞，表現出來的就是典型的母系遺傳現象。

將目的基因導入線粒體或葉綠體，雖然可以有效的防止轉基因生物的目的基因通過花粉轉移到自然界中的其他植物，造成“基因污染”，但是由于細胞質遺傳時，位于線粒體和葉綠體的遺傳物質是隨機地、不均等地分配到子細胞中去的，所以遺傳的穩定性遠不如將目的基因導入細胞核那樣穩定。

三、總結

綜上所述，解決轉基因動物的遺傳問題，首先要弄清目的基因被導入的是細胞核還是細胞質（線粒體和葉綠體），如果導入的是細胞核，那么一般可以把轉基因直接獲得的轉基因動植物看成雜合子（Aa），按孟德爾的基因分離定律去分析；如果導入的是植物細胞質，那么可以避免轉基因作物的目的基因通過花粉發生“基因污染”，但還是可以通過卵細胞將目的基因遺傳給子代的，按細胞質遺傳的特點來分析。

【參考文獻】

[1]瞿李嘉，顧紅雅，胡蘋等.現代生物技術導論.北京：高等教育出版社，1998：232—235

[2]朱玉賢，李毅.現代分子生物學.北京：高等教育出版社，1999：449—450

（作者單位：江蘇省海安縣立發中學）