轉基因技術介紹

胡慧宇

（1.新疆畜牧科學院生物技術研究所，烏魯木齊 830000；2.新疆農業大學動物科學學院，烏魯木齊 830000）

現代生物技術被譽為人類最杰出的科技進步之一，而作為現代生物技術的典型代表——轉基因技術，已在醫藥、工業、農業、環保、能源等領域得到廣泛的應用。轉基因技術是指利用現代生物技術手段將特定的外源基因轉移到目的生物體，并使其產生可預期、定向遺傳改變的一項新興技術。作為一項新興技術，轉基因技術自誕生以來一直飽受爭議，該技術會對人類生活產生怎樣的影響？只有通過認識基因、了解轉基因技術，才會科學、理性地對待轉基因技術。

1 基因及轉基因技術

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。生物體是一個由很多細胞組成的“王國”，基因則住在每個細胞里，像是生物體里的“代碼”，規定了每種細胞做什么樣的工作，支持著生命的基本構造和性能，儲存著生命的種族、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”，闡明了基因的表達是通過將DNA 上的遺傳信息轉錄成mRNA，mRNA再經過翻譯形成發揮不同功能的蛋白質。而蛋白質的功能決定了生物性狀的表現。簡單地說，基因是通過合成不同功能的蛋白質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，羊毛的粗細長短等這些性狀都是由基因決定的。

轉基因技術是指通過DNA 重組技術手段將人工分離和修飾過的基因轉移到目的生物體基因組中，通過外源基因的穩定遺傳和表達，使生物體產生可預期的、定向的遺傳改變，以達到品種創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移到另一種生物體內“安家落戶”，使該生物體獲得人們所期望的新功能。此外，除了轉入新的外源基因，利用轉基因技術還可將生物體基因組中原有的某個基因進行過表達、刪除或突變，以達到改變生物體遺傳性狀的目的。

2 轉基因技術的產生及發展

轉基因技術是現代生物技術的典型代表，是現代分子生物學的一大發展產物。當上世紀五十年代沃森和克里克揭示了DNA 雙螺旋結構之后，人類便開啟了分子生物學時代，開始真正從分子水平認識基因，同時也開始通過基因來改造生物的科學實踐。首先，DNA 重組技術，如1973 年，美國科學家把浸染細菌的病毒—噬菌體λ 的DNA 片段插入浸染哺乳動物細胞的病毒—猿猴病毒SV40 的基因組中，并導入大腸桿菌中進行擴增，是人類首次開展的“遺傳工程”實驗。隨后，“分子克隆”技術的產生促使人們開始利用細菌來生產需要的蛋白質，如1978 年，科學家把人源胰島素基因轉入大腸桿菌中，使大腸桿菌可以合成人胰島素。

隨著科學技術水平的不斷發展，研究人員開始逐漸對動、植物進行轉基因生物改造。1980 年科學家Gordon 通過運用顯微注射法獲得轉基因小鼠[1]，由此標志著動物轉基因技術的建立。隨后的研究中，人們通過轉基因技術也獲得了轉基因豬、牛、羊、兔等動物[2]。而轉基因植物的首次成功獲得是關于農桿菌侵染植物的機理研究。1983 年，通過農桿菌介導法將卡那霉素抗性基因導入煙草，將大豆基因轉入向日葵，標志著植物轉基因技術的開始。之后，花粉管通道法、基因槍法等技術的出現均被廣泛應用于植物轉基因研究中。目前，針對動、植物已發明了多種轉基因技術方法，因而大大加快了轉基因技術的應用步伐。

3 常用的動植物轉基因技術

常用的動物轉基因技術有：（1）核顯微注射法：是指在倒置顯微鏡微量注射臺上，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生融合，體外培養受精卵并將其移植到受體動物子宮內發育；（2）精子介導的基因轉移法：是將成熟的精子與外源基因進行預培養之后，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入卵子，并使外源基因整合于基因組中[3]；（3）核移植轉基因法：將外源基因轉入體外培養的體細胞中，篩選獲得帶有轉基因的細胞。隨后，將其細胞核取出移入新的去核的卵母細胞中，培育重組胚胎并移植到母體中，從而產生轉基因動物；（4）逆轉錄病毒法：利用逆轉錄病毒DNA的LTR區域具有轉錄啟動子活性的特點，將外源基因重組到逆轉錄病毒載體上，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。

常用的植物轉基因技術有：（1）農桿菌介導法：農桿菌細胞中含有Ti 質粒或Ri 質粒，其上有一段T-DNA 經改造后可插入外源基因片段。當農桿菌侵染植物傷口時，可將包含外源目的基因的T-DNA轉入到植物基因組中；（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（金粒或鎢粒）以一定速度打入植物細胞。外源目的基因會隨機地插入到植物基因組中，從而實現轉基因操作；（3）花粉管通道法：主要原理是在植物開花時，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入胚囊，并進一步整合到植物細胞基因組中，然后隨著受精卵的發育而產生轉基因新個體。

4 轉基因技術與傳統育種技術間的異同

轉基因技術與傳統育種技術一樣，作為人類改良物種的方法，本質上都是以使動物或植物獲得優良基因為目的來進行遺傳改良的。但是，轉基因技術又與傳統育種技術明顯不同。首先，轉基因技術可以不受物種界限，使不同物種間的基因在人為技術手段下發生轉移，實現對生物體的改造。而傳統育種技術只能在同一物種內實現基因轉移；其次，轉基因技術可以針對基因組內特定的基因進行精準操作，預知轉基因后代的性狀。而傳統育種技術一般是在生物個體的基因組水平上對目標物種進行選擇，對于后代性狀的預見性較差。因此，相比于傳統育種技術，轉基因技術效率更高，針對性更強，可以更加快速、高效地改變目標物種的性狀特征，從而加快物種改良的速度、提高物種改良的效率。

5 轉基因技術的應用

現如今，轉基因技術已在醫藥、工業、農業、環保、能源等多個領域得到廣泛的應用。在醫藥領域，可利用轉基因技術生產胰島素、干擾素、免疫球蛋白、重組疫苗、人表皮生長因子等珍稀藥物；在農業領域，可利用轉基因技術對動植物品種進行遺傳改良。獲得具有抗蟲、抗病、耐除草劑等性狀的轉基因作物等[4]；在工業領域，可利用轉基因工程菌生產食品用酶制劑、添加劑和洗滌酶制劑等；在環境保護和能源領域，可利用轉基因生物降解污染物和發酵燃料酒精等。

6 展 望

在生命科學技術快速發展的時代，以轉基因技術為代表的現代生物技術已取得了巨大的成果，在多個領域內影響著人類的生產生活，并且由于人們對轉基因生物安全性的關注，一些注重轉基因生物安全性的轉基因方法也日益得到重視。與其他新興技術一樣，轉基因技術需要在嚴格的安全評價和有效監管下，以理性科學的態度利用轉基因技術，興利除弊，做好信息公開以及標識管理工作，滿足公眾的知情權和選擇權，最大限度的發揮其積極作用，使其對人類的生產生活產生推動作用。