轉基因動物技術及其在動物育種中的應用

肖紅衛　華文君　張立蘋　劉西梅　畢延震　李莉　任紅艷　華再東　鄭新民（湖北省農業科學院畜牧獸醫研究所/湖北省動物胚胎工程與分子育種重點實驗室袁湖北武漢430064）

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轉基因動物技術及其在動物育種中的應用

肖紅衛華文君張立蘋劉西梅畢延震李莉任紅艷華再東鄭新民*
（湖北省農業科學院畜牧獸醫研究所/湖北省動物胚胎工程與分子育種重點實驗室袁湖北武漢430064）

摘要院本文簡單介紹了轉基因豬育種技術的研究意義堯基本概念堯研究方法以及在轉基因豬育種中的應用,并對轉基因豬育種的前景進行了展望。

關鍵詞:轉基因豬技術:轉基因豬育種

當今的動物育種科學已經從過去的表型育種、雜交育種進入到分子育種或基因工程育種的新階段[1]。轉基因動物育種與傳統的動物育種相比，大大縮短了改良動物遺傳特性、提高其經濟性狀等的所需時間，成為動物分子育種學的重要研究內容之一[2]。

轉基因產業的迅猛發展，對推動國民經濟起到了舉足輕重的作用。習近平總書記于2013年12月23日在中央農村工作會議上指出[3]：“講到農產品質量和食品安全，還有一個問題不得不提，就是轉基因問題。轉基因是一項新技術，也是一個新產業，具有廣闊發展前景。作為一個新生事物，社會對轉基因技術有爭論、有疑慮，這是正常的。對這個問題，我強調兩點：一是要確保安全，二是要自主創新。也就是說，在研究上要大膽，在推廣上要慎重。轉基因農作物產業化、商業化推廣，要嚴格按照國家制定的技術規程規范進行，穩扎穩打，確保不出閃失，涉及安全的因素都要考慮到。要大膽研究創新，占領轉基因技術制高點，不能把轉基因農產品市場都讓外國大公司占領了。”國家各有關部門也組織各個單位進行轉基因研究，體現了我國對轉基因及轉基因產業的高度重視。

1　轉基因動物技術

轉基因技術是Gordon等[4]在20世紀80年代初建立的，通過將外源基因導入動物胚胎，在出生后子代的基因組中能夠檢測到外源基因，整合進基因組的外源基因能遺傳給子代。自從Palmiter等[5]于1982年獲得超級轉基因小鼠后，在全世界引領了世界各國轉基因動物研究的潮流，我國隨即開展了轉基因豬的跟蹤研究，在“863”計劃的支持下，湖北省農業科學院畜牧獸醫研究所作為項目的實施單位，云集了當時國內的研究精英，并順利得到異種器官移植轉基因豬等一大批成果。其中，在驗證實驗中，轉基因豬的心臟移植給猴子后，克服了器官移植中的超急性免疫排斥反應持續跳動90小時。在之后的轉基因研究中，該所通過各種技術手段又獲得了深海魚油轉基因豬、中國超級瘦肉豬以及節糧型轉基因豬。

由于豬自身的特性，湖北省農科院畜牧獸醫研究所目前開展的轉基因豬的應用研究主要集中在以下3個方面：1）利用轉基因技術對豬進行遺傳改良，用于培育提高了生產性能的新品種，目前正在進行的轉基因專項就是此類，已經得到了轉omiga-3不飽和脂肪酸合成酶基因豬、MSTN基因敲除豬以及轉IGF基因豬。2）利用轉基因豬生產具有類似人體生物活性的產品，包括異種器官移植和各種生物反應器，此前湖北省農業科學院生物技術研究所（現湖北省農業科學院畜牧獸醫研究所動物生物技術研究室）承擔的國家“863”研究就是此類，已經得到轉CD59基因豬、轉MCP基因豬、轉CD59+MCP雙基因豬以及轉DAF基因豬。3）在利用轉基因豬模擬重大疾病的發生上，湖北省農業科學院畜牧獸醫研究所已經得到的轉基因克隆巴馬豬主要是作為心血管疾病的醫學研究模型。

2　轉基因動物技術的研究方法

在轉基因豬研究中，所轉的基因包含目的基因，但轉入的并不會僅僅只有這個片段，在這個目的片段前面會包含一個叫做啟動子的片段。啟動子是用來控制目的片段表達的DNA序列。生物個體在生命的不同階段甚至是同一階段的不同細胞，相同的基因都不會同時等量的表達，這個開關主要就是由啟動子來調控的，控制著轉入的基因在何時何地表達、表達多少，也就是說基因的表達是可控的。然后把轉有外源基因的胚胎移植給受體母豬，最后得到轉基因豬個體。得益于轉基因上游技術的發展，理論上利用基因組編輯技術可以對豬的基因組的任意位點進行修飾，經過基因組修飾的豬可以模擬特有豬種的基因所形成的經濟表型。

2.1原核期胚胎顯微注射法

自從Palmiter得到超級鼠后，原核顯微注射法制備轉基因動物就形成了成熟的顯微注射技術，該方法是目前應用比較廣泛、效果比較穩定的轉基因導入方法之一[6]。該方法是通過—根極細的中空毛細玻璃管將外源DNA導入動物胚胎，再進行胚胎移植操作，所得到的子代中有一定比例的個體中會表達外源DNA。該方法的特點是轉基因的效率較高，各個批次的轉基因試驗重復率高，試驗周期短。在轉基因操作過程中需要用到倒置顯微鏡以及顯微操作儀等貴重精密儀器，顯微注射技術操作起來比較困難。湖北省農業科學院畜牧獸醫研究所所獲得的大部分轉基因豬都是采用該方法制作成功的。

2.2精子載體法

當Lavitrano等[7]于1989年報道了以精子為基因載體獲得轉基因鼠和豬后，因為其簡便、高效率、低成本以及避免原核損傷的特點，在生物科技界引起很大震動。國際上各個轉基因實驗室進行了重復試驗，但是重復率在各個實驗室均不相同。該方法利用受精過程將外源基因通過精子作為載體引入受精卵內，從而獲得轉基因動物。湖北省農業科學院畜牧獸醫研究所前期也對該方法進行了重復驗證實驗，成功獲得了轉CD59+MCP基因豬。

2.3體細胞核移植法

在多利羊誕生后，世界各國的科學家紛紛重復該實驗，并且獲得了轉基因的克隆動物。Polejaeva等[8]率先獲得體細胞克隆豬，隨后轉基因克隆豬在全世界紛紛誕生。湖北省農業科學院經過多年探索，利用核移植技術先后獲得了胚胎細胞克隆豬和胎兒成纖維細胞克隆豬。

3　轉基因豬與轉基因豬育種

3.1轉基因豬的遺傳育種

整合進轉基因豬個體染色體中的外源基因在生殖細胞的減數分裂過程會分配到各個配子中，當使用轉基因陽性個體與非陽性個體雜交產生F1代時，若要F1代全為轉基因個體，所使用的轉基因陽性個體必須是轉基因純合子的基因型存在形式，否則F1代中只有50%比例的轉基因陽性個體。當使用轉基因陽性個體與轉基因陽性個體雜交產生F1代時，雖然可以確保F1代的陽性率，但是，該方案與現行商業化生產中所利用的雜種優勢相悖，并且不能利用常規育種的資源。

綜合以上兩點，我們認為轉基因種豬的種質資源更新換代特別快，農戶不能留種，即使留種了，后代也不會具有第一代的優秀性能。因此，小散戶必須不停地購種，這使小散戶的利潤下降，逐漸退出現行生產模式，導致集約化生產的爆發，從而打破傳統的散戶養殖模式，最終品種高度集中在少數企業手中。在進行轉基因豬育種的頂層設計時，需要注意的是，如果轉基因個體是用來提高生長性能或改善肉質風味的，在終端使用的可以是雜合子存在的后代；如果轉基因個體是用來作為生物反應器、異種器官移植中的供體以及疾病模型使用的，在終端使用的必須是以純合子形式存在的后代。

3.2轉基因生物的品種權

在商業化生產上，常規育種資源集中在育種場手中。在轉基因制作上，轉基因科學家手上只有轉基因的專利、轉基因技術以及為轉基因試驗所購買的試驗豬。但是，科學家們利用所獲得的轉基因生物進行培育，希望得到轉基因生物的品種權。如果成功的話，每個品種將小規模地存在一個或多個轉基因品種。這樣，就優化了種質資源的結構組成，大大改善種質資源的供給狀況。通過這個過程，轉基因科學家們就能夠轉化前期的研究成果，利用專利、技術作為杠桿，撬動種質資源的所有權屬。而作為高附加值產品的轉基因豬，不僅能夠擺脫目前生豬養殖利潤低下的困局，而且能夠細分客戶市場，引導消費潮流。

參考文獻

[1]陳美鈺.動物克隆與轉基因動物[J].世界科學, 1999(3): 24-25.

[2]鐘金城,陳智華.分子遺傳學與動物育種[M].成都:四川大學出版社, 2001: 288.

[3]習近平.在中央農村工作會議上的講話.十八大以來重要文獻選編[M].北京:中央文獻出版社, 2014.

[4] Gordon JW. Genetic transferation of mouse embryos by microinjection of puried DNA[J]. USA: Proceedings of the National Academy of Sciences, 1980, 77: 7380-7384.

[5] Palmiter RD. Dramaticgrowth of mice that develop from eggs microinjected with metallothionein-growth hormone fusiongenes[J]. Nature, 1982, 300: 611-615.

[6] Palmiter RD, Brinster RL . Transgenic mice[J]. Cell, 1985, 41: 343-345.

[7] Lavitrano M , Camaioni A, Fazio VM, et al.. Sperm cells as vectors for introducing foreign DNA into eggs:genetic transformation of mice[J]. Cell, 1989, 57: 717-723.

[8] Polejaeva IA, Chen SH, Vaught TD, et al. Cloned pigs produced by nuclear transfer adult somatic cells[J]. Nature, 2000, 407: 86-90.

中圖分類號院S828.2

文獻標識碼院A

文章編號院1673-4645(2016)04-0057-03

收稿日期：2016-03-29

基金項目：轉基因生物新品種培育重大專項（2014ZX08006-003）

作者簡介：肖紅衛（1979-），漢族，江蘇大豐人，助理研究員，碩士，主要從事動物生物技術研究，電話：027-87380647，E-mail：xiaohongwei2003＠163.com

*通訊作者，鄭新民，漢族，研究員，主要從事動物生物技術研究，E-mail：anbit20＠163.com