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转基因

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转基因就是指将人工分离和修饰过的基因导入到目的生物体的基因组中,从而达到改造生物的目的。一般来说转基因是通过有性生殖过程来实现的。人们常说的“遗传工程”、“基因工程”、“遗传转化”均为转基因的同义词。常用的方法包括显微注射、基因枪、电破法、脂质体等。1999年3月25日,中国第一头转基因牛诞生。

编辑摘要

目录

1 简介
2 分类
3 方法
4 影响
5 食品技术

转基因 - 简介

(图)转基因转基因

通俗的说,一种生物体内的基因转移到另一种生物或同种生物的不同品种中的过程就是转基因。一般来说转基因是通过有性生殖过程来实现的。

转基因是大自然中每天都在发生的事情,只不过在自然界中,基因转移没有目标性,好的和坏的基因都可以一块转移到不同的生物个体。同时,通过自然杂交进行的转基因是严格控制在同一物种内(特别是在动物中),或是亲缘关系很近的植物种类之间。

例如,植物的花粉(含有雄配子)通过不同的媒介由一个植物“跑”到另一种植物,或“跑”到同一种植物的另一个品种花朵里边的雌蕊(含有雌配子)上并与其杂交,这种杂交的过程就产生了基因的转移。同样,在猫这种动物中,不同品种和类型的猫进行交配后产生了与父母都不—样的后代,就是由于产生了基因的转移。[1]

转基因 - 分类

(图)转基因转基因西红柿
转基因按照途径可分为人工转基因和自然转基因,按照对象可分为植物转基因和动物转基因。

人工转基因

将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中,由于导入基因的表达,引起生物体的性状的可遗传的修饰,这一技术称之为转基因技术(Transgene technology)。人们常说的“遗传工程”、“基因工程”、“遗传转化”均为转基因的同义词。经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为“遗传修饰过的生物体”(Genetically modified organism,简称GMO)。 

自然转基因

不是人为导向的,自然界里动物或植物自主形成的转基因。

植物转基因

转基因植物是基因组中含有外源基因的植物。它可通过原生质体融合、细胞重组、遗传物质转移、染色体工程技术获得,有可能改变植物的某些遗传特性,培育高产、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等的作物新品种。而且可用转基因植物或离体培养的细胞,来生产外源基因的表达产物,如人的生长素胰岛素干扰素、白细胞介素-2、表皮生长因子乙型肝炎疫苗等基因已在转基因植物中得到表达。

动物转基因

动物转基因就是将外源基因导入动物原有的基因组中。它是按照预先的设计,通过细胞融合、细胞重组、遗传物质转移、染色体工程和基因工程技术将外源基因导入精子卵细胞受精卵,再以生殖工程技术,有可能育成转基因动物。

但由于转基因动物受遗传镶嵌性和杂合性的影响,其有性生殖后代变异较大,难以形成稳定遗传的转基因品系。因而,尝试从受体动物细胞中分离出线粒体,以外源基因对其进行离体转化,再将转基因线粒体导入受精卵,所发育成的转基因动物雌性个体外培养的卵细胞与任一雄性个体交配或体外人工授精,由于线粒体的细胞质遗传,其有性后代可能全都是转基因个体。[2]

转基因 - 方法

植物转基因的方法

(图)转基因转基因

常用的植物转基因方法可分成两大类,第一类,农杆菌介导转化法、基因枪法,这类方法需要通过组织培养再生植株;另一类方法不需要通过组织培养,主要有花粉管通道法。

农杆菌介导转化法农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌,它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位,并诱导产生冠瘿瘤或发状根。根癌农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒,其上有一段T-DNA,农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后,可将T-DNA插入到植物基因组中。因此,农杆菌是一种天然的植物遗传转化体。人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区,借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合,然后通过细胞和组织培养技术,再生出转基因植株。

农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中。之后,农杆菌介导转化在一些单子叶植物(尤其是水稻)中也得到了广泛应用。

基因枪法:利用火药爆炸或高压气体加速(这一加速设备被称为基因枪),将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹直接送入完整的植物组织和细胞中,然后通过细胞和组织培养技术,再生出植株,选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。与农杆菌转化相比,基因枪法转化的一个主要优点是不受受体植物范围的限制。而且其载体质粒的构建也相对简单,因此也是转基因研究中应用较为广泛的一种方法。

花粉管通道法:在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液,利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道,将外源DNA导入受精卵细胞,并进一步地被整合到受体细胞的基因组中,随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法由周光宇提出,推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。该法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株,技术简单,不需要装备精良的实验室,常规育种工作者易于掌握。

动物转基因的方法

(图)转基因转基因

常用的动物转基因技术有核显微注射法,精子介导的基因转移,核移植转基因法。

核显微注射法:在显微镜下,用一根极细的玻璃针(直径1-2微米)直接将DNA注射到胚胎的细胞核内,再把注射过DNA的胚胎移植到动物体内,使之发育成正常的幼仔。用这种方法生产的动物约有十分之一是整合外源基因的转基因动物。核显微注射法是动物转基因技术中最常用的方法。在显微镜下将外源基因注射到受精卵细胞的原核内,注射的外源基因与胚胎基因组融合,然后进行体外培养,最后移植到受体母畜子宫内发育,这样分娩的动物体内的每一个细胞都含有新的DNA片段。这种方法的缺点是效率低、位置效应(外源基因插入位点随机性)造成的表达结果的不确定性、动物利用率低等,在反刍动物还存在着繁殖周期长,有较强的时间限制、需要大量的供体和受体动物等特点。

精子介导的基因转移:精子介导的基因转移是把精子做适当处理后,使其具有携带外源基因的能力。然后,用携带有外源基因的精子给发情母畜授精。在母畜所生的后代中,就有一定比例的动物是整合外源基因的转基因动物。同显微注射方法相比,精子介导的基因转移有两个优点:首先是它的成本很低,只有显微注射法成本的1/10。其次,由于它不涉及对动物进行处理,因此,可以用生产牛群或羊群进行实验,以保证每次实验都能够获得成功。

核移植转基因法:先在体外培养的体细胞中进行基因导入,筛选获得带转基因的细胞。然后,将带转基因体细胞移植到去掉细胞核的卵细胞中,生产重构胚胎。重构胚胎经移植到母体中,产生的仔畜百分之百是转基因动物。体细胞核移植是近年来新出现的一种转基因技术。该方法是先把外源基因与供体细胞在培养基中培养,使外源基因整合到供体细胞上,然后将供体细胞细胞核移植到受体细胞——去核卵母细胞,构成重建胚,再把其移植到假孕母体,待其妊娠、分娩,便可得到转基因的克隆动物。[2]

转基因 - 影响

对现实生活的影响

(图)转基因转基因

2000年3月,克隆小猪“横空出世”。随之而来,欧美之间也为转基因食品吃与不吃的问题争论不休。20世纪90年代初,市场上第一个转基因食品出现在美国,是一种保鲜番茄,这项研究成果本是在英国研究成功的,转基因食品一发不可收。

据统计,美国食品和药物管理局确定的转基因品种已有43种。美国是转基因食品最多的国家,60%以上的加工食品含有转基因成分,90%以上的大豆、50%以上的玉米、小麦是转基因的。转基因食品有转基因植物,如:西红柿、土豆、玉米等,还有转基因动物,如:鱼、牛、羊等。

虽然转基因食品与普通食品在口感上没有多大差别,但转基因的植物、动物有明显的优势:优质高产、抗虫、抗病毒、抗除草剂、改良品质、抗逆境生存等。

潜在生态风险

转基因作物因为是人工制造的品种,我们可以把这些品种看作为自然界原来不存在的外来种。一般说来,外来种对环境或生物多样性造成威胁或危险会有一段较长的时间。有时需10年的时间,或更长的时间。转基因作物商品化种植最长也就是5~6年的时间,一些潜在风险在这么短的时间内不一定能表现出来。可是有些风险在实验室水平上已经证实。如Mikkelsen等证实抗除草剂转基因油菜的抗除草剂基因可以通过基因流在一次杂交、一次回交的过程已转到其野生近缘种中。

对环境有害的影响

增加杀虫剂的使用——抗性的选择和转运到可相容的其它植物中;

产生新的农田杂草——基因流和杂交; 

转基因植物自身变为杂草——插入性状的竞争; 

产生新的病毒——不同病毒基因组和转基因作物的病毒外壳蛋白的重组; 

产生新的作物害虫。

转基因 - 食品技术

(图)转基因转基因

转基因食品,就是利用分子生物学技术,将某些生物的基因转移到其它物种中去,改造生物的遗传物质,使其在性状、营养品质、消费品质方面向人类所需要的目标转变,以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是转基因食品。[1]

转基因食品安全

面对越来越多的转基因食品,人们的认识并非一致,以美国为首的支持派和欧洲为首的反对派在全球范围内形成了两大阵营。美国、加拿大两国的消费者大多已接受了转基因食品,仅有27%的消费者认为食用转基因食品可能会对健康造成危害。而在欧洲,大多数人是反对转基因食品的,英国尤为明显。缘由是1998年英国的一位教授的研究表明,幼鼠食用转基因的土豆后,会使内脏和免疫系统受损,这是对转基因食品提出的最早质疑,并在英国及全世界引发了关于转基因食品安全性的大讨论。

中国对于转基因食品采用的是谨慎的态度,一方面在大力研究转基因食品,另一方面,也在限制主要粮食品种擅用转基因技术。中国国务院法制办2012年2月21日公布的《粮食法(征求意见稿)》规定,转基因粮食种子的科研、试验、生产、销售、进出口应当符合国家有关规定。任何单位和个人不得擅自在主要粮食品种上应用转基因技术。[3]

2012年3月,中国国家质检总局官方网站日前公布了2月不合格食品、化妆品信息,台湾永和国际开发股份有限公司生产的永和黑豆浆被检出转基因成分[4]

转基因食品前景

虽然对于转基因食品还存在这样那样的争论,但它的优势还是表现得越来越显著。在美国得到普遍种植的转基因玉米中色氨酸含量提高了20%。色氨酸是人体必需的氨基酸,无法自己合成,只能从外界摄取,一般植物性食品中色氨酸含量很低甚至没有,只有靠动物性食物中获取,转基因玉米的出现,对于素食主义者而言,无疑是个喜讯。转基因油菜,不饱和脂肪酸的含量大增,对心血管有利。

西方发达国家已充分认识到转基因食品的发展前景,并注入大量资金。尽管大多数英国人反对转基因食品,但该国超过7000种的婴儿食品、巧克力、面包、香肠等日用品,可能含有经过基因改造的大豆副产品,而且英国政府对转基因食品的研究非常支持,前首相布莱尔就是转基因食品的推崇者。

相关文献

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注释与参考:
[1]^北京科普之窗
[2]^凤凰网科技 转基因
[3]^中国新闻网 我国拟立法禁止主要粮食品种擅用转基因技术
[4]^新浪新闻:质检总局:永和黑豆浆检出转基因 2012-3-03-31
新华网,转基因食品安全吗
三九健康网
生物谷,转基因生物技术
新浪,转基因技术专题
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  1. 创建者:水清无鱼
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