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转基因克隆技术在山羊上应用的研究进展

转基因克隆技术在山羊上应用的研究进展
转基因克隆技术在山羊上应用的研究进展

转基因克隆技术在山羊上应用的研究进展

摘要:转基因克隆技术是将转基因技术与动物克隆技术有机的结合,其研究意义和实用价值超过了两种技术本身。本文从转基因动物与克隆技术、转基因山羊的制作方法与研究进展、转基因克隆山羊的研究进展和问题与展望等方面综述了转基因与克隆技术在山羊的应用研究技术与进展。

关键词:转基因;克隆;山羊

滋Palmiter等(1982)将大鼠生长激素基因导人小鼠受精卵获得超级巨鼠以来,世界各国科学家对转基因技术应用于动物生产的研究产生了极大的兴趣,并相继在兔、羊、猪、牛、鸡、鱼等动物上获得转基因成功,其应用已广泛渗透于分子生物学、发育生物学、免疫学、制药及畜牧育种等各个研究领域中,在提高,生长速度、生产性能,改善产品品质、抗病育种、基因治疗等方面取得了可喜的进展,显示出诱人的应用前景。

转基因克隆技术是将转基因技术与动物克隆技术有机结合,其研究意义和实用价值超过了两种技术本身。本文综述了转基因与克隆技术在山羊的应用研究技术与进展。

1 转基因动物与克隆技术

1.1 转基因动物

转基因动物是指以实验方法导人的外源基因在染色体基因组内稳定整合并能传递给后代的一类动物。

自Palmitered(1982)将大鼠生长激素(GH)基因导人小鼠受精卵中获得转基因“超级鼠”后,转基因动物已成为当今生命科学发展中的热门领域。此后,Hamme等(1985)将鼠的金属硫蛋白基因和人生长激素基因转入绵羊中,成功获得世界上第一只用显微注射法制备转基因羊。

1.2 动物克隆

动物克隆,即动物的无性繁殖,是将供体细胞核移人去核的卵母细胞中,使后者不经精子穿透等有性过程即可被激活,分裂并发育成个体,使得核供体的基因得到完全复制。

目前,动物克隆技术的核心是核移植。将胚胎或体细胞的细胞核采用显微外科手术的方法移人去核的卵母细胞中,构建重组胚。通过体内或体外培养、胚胎移植,产生与供体细胞基因型相同后代的技术过程。它以转基因细胞为核供体,采用体细胞核移植技术产生转基因克隆动物,实现种质创新。

1.3 转基因克隆动物技术优势

1.3.1 生产效率高

据不完全统计,从1989年-1997年用显微注射技术生产转基因动物平均51.4个动物得到一个转基因后代,而得到一个转基因克隆后代只需20.8个母体。

1.3.2 周期短,成本低

通过核移植克隆,可以迅速产生大量同质的转基因克隆动物。转基因克隆技术,在理论上只需一代时间,就可以产生一个完整的转基因克隆动物系,从而节约了时间和成本。由于植入代孕的母羊全是转基因胚胎,因而提高了生产效率,降低费用。

1.3.3 控制后代性别

在以生物制药为目的的转基因克隆动物生产中,性别是至关重要的,例如需要用雌性生

产乳汁,若第一代为雄性,则要等到女儿成熟后才能生产,至少两代。由于选择体细胞作为供体,可以预先决定性别,还可以用PCR对性别检测,只挑选性别合适的细胞作为核供体。

2 转基因山羊的制作方法与研究进展

转基因羊的制备方法主要有以下几种:(1)原核显微注射法,(2)体细胞核移植法(3)胚胎干细胞介导法;(4)原始生殖细胞介导法;(5)逆转录病毒介导法;(6)精子载体法和(7)核移植介导法等。

2.1 原核显微注射法

原核显微注射法是目前应用较广泛、效果较稳定的转基因山羊制作方法。原核显微注射法是直接把DNA注射到受精卵的原核中。

用其制备转基因山羊的主要程序包括:制备有良好表达活性的目的基因、用显微注射装置将目的基因导人羊的受精卵雄性原核、将含有外源基因的受精卵移

植入受体母羊的输卵管、经过妊娠和分娩、获得后代、再用分子杂交或PCR法筛选出整合有外源基因的幼仔、最终得到转基因个体。

原核显微注射法制备转基因制作转基因山羊时主要不足是效率很低,只有0.5%-3%的山羊整合有外源基因(Wilkie等,1986),而且其中相当一部分是嵌合体动物,影响外源基因的表达(Burdon等,1992),因此在实际运用中受到很大的限制。原因之一是由羊的生物学特点所决定。羊是单胎动物,即使进行超排处理,得到的受精卵仍然较少。同时,受体母羊一次只能接受移植1~2个胚胎,因此受体的比例很高;原因之二是该法整合有较大的随机性,不能定点整合。当外源基因被注入到原核后,可以插入到受体染色体基因组任何一个部位,完全随机,导致基因的表达和遗传稳定。

2.2 体细胞核移植法

该方法技术流程是先把外源基因整合到供体细胞上,然后将供体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞,组成重构胚胎,再把其移植到假孕母体,待其妊娠、分娩后便可得到转基因的克隆羊。

体细胞核移植法可以节约大量母羊,使大量胚胎操作变成细胞操作,对比显微注射法与克隆技术生产转基因羊,后者可以节省约60%的母羊(陈永福,2002)。其次,体细胞核移植法有利于使用定点表达基因技术,克服整合的盲目性,节约成本,提高效率。英国PPL

公司首次获得了基因打靶克隆绵羊,这是世界上第一例基因打靶家畜(McCreathe2000)。

目前基因打靶与体细胞克隆结合技术体系也存在很多不足之处,譬如克隆胎儿易流产,体细胞供体的长期培养等问题。但随着体细胞克隆和基因打靶技术理论的不断完善,以基因打靶与体细电克隆相结合的方法将成为生产转基因羊的主要方法。

2.3 胚胎干细胞(EmbryonicStemCells,ES细胞)介导法

ES细胞是从早期胚胎内细胞团(innercellmass.ICM)或桑甚胚中分离出来的能在体外

长期培养并保持未分化的全能细胞系,胚胎干细胞介导,首先将目标基因导人胚胎干细胞,筛选出已整合外源基因的细胞克隆,然后将克隆的细胞注入发育中的囊胚,将囊胚移植到受体动物子宫内,由于胚胎干细胞参与了胚胎生殖系的发育,所以所产生的嵌合体,其生殖细胞中一部分细胞含有目的基因,将嵌合体连续与正常动物交配,就会得到转基因羊。

此法最大的优点是可对胚胎干细胞进行遗传修饰,可控制外源基因的表达,还可使某些自身基因失活。当前,此种方法在转基因小鼠中的应用比较成熟。但对于大型哺乳动物,由于胚胎干细胞较难获得,所以此法很难推广,直到Damaketd,(1996)用此种方法置备转基因羊获得成功。杨晓等(2001)获得了国内首例Smad2条件性基因打靶-小鼠,标志着我国在生物技术领域又登上了一个新的台阶。但迄今为止,大鼠、兔、猪、牛等动物的ES细胞

或类ES细胞系虽有建立,却尚未得到应用。

2.4 原始生殖细胞(PrimordialGermCells,PGCs)介导法

除胚胎干细胞外,还可以从胚胎中分离出一种具有多种发育潜能的细胞—原始生殖细胞(PrimordialGermCells),其最终将发育为成年动物的精子或卵子。原始生殖细胞无论是在体内还是在体外都具有和胚胎干细胞类似的特性,可以像胚胎干细胞一样进行操作来获得转基因动物。运用该方法已获得了转基因牛(Sperandio等,1996),转基因猪(Piedrahita 等,1998)等。

2.5 逆转录病毒介导法

此法的优点是:单拷贝基因插人;整合受病毒基因插人宿主DNA机制调控;单一位点整合,易鉴定分析插人位点。其不足是:只能通过嵌合体途径获取纯系转基因动物,实验周期长;目的基因不能超过100kb;由于含有病毒DNA,可能会出现自身复制和表达的现象。

其具体过程是:将目的基因重组到逆转录病毒RNA载体上,制成高滴度的病毒颗粒,人为感染着床前或着床后的胚胎,也可以让胚胎与能释放逆转录病毒的单培养层细胞共孵育以达到感染的目的。逆转录病毒RNA进入宿主细胞后,被反转录为DNA,并在整合酶和其末端特殊核酸序列作用下整合到宿主细胞的基因组进行表达和遗传,得到转基因动物。Hettleetal.(1989)用猫白血病病毒作载体获得首例转基因羊。

2.6 精子载体法

精子载体法是将外源DNA与精子共同培养,再通过电穿孔和脂质体介导等方法将外源基因导人成熟的精子,使精子携带外源DNA进入卵中并受精,从而使外源DNA整合到染色体上。该法的优点是利用精子的自然属性可以克服人为机械操作给胚胎造成的损伤,精子载体法仍然存在效率较低,外源基因随即整合等问题。

2.7 导人提高羊的产毛性能的基因

Nancarrowet.(1991)把来自于优质羊毛的一种A2蛋白的主要成分(半胱氨酸)基因导人绵羊原核期胚胎,获得的转基因羊的产毛率明显提高。Powelletal.(1994)将毛角蛋白Ⅱ型中间细丝基因导人绵羊基因组,获得的转基因羊毛光泽亮丽,羊毛中羊毛脂的含量得到明显提高。Bulcocketal.(1995)把人类胰岛素生长因子-1(IGF-1)基因转入受体羊的原核期胚胎,显著提高了羊毛脂的含量(张然等,2005)。Damaketal.(1996)将小鼠超高硫角蛋白启动子与绵羊的IGF-1cDNA融合基因显微注入绵羊原核期胚胎,转基因羊净毛平均产量比非转基因羊提高了6.2%。Bawdenetal.(1998)将毛角蛋白Ⅱ型中间细丝基因导人绵羊基因组并使其在皮质中特异表达,结果转基因羊毛光泽亮丽,显著提高了羊毛中羊毛脂的含量。Adamsetal.(2005)通过对成年的转绵羊生长激素基因的转基因绵羊性能进行测定,发现生长速度和羊毛产量都比对照组显著提高。目前,新西兰、澳大利亚、英国等主要产羊毛国家正致力于开发一种可以生产彩色羊毛的高产转基因羊。

2.8 提高羊抗病能力的衣壳蛋白基因

Clementetal.(1994)将Visna病毒的衣壳蛋白基因转入绵羊,获得了抗病能力明显提高的转基因羊。朊病毒(PrP)是一种对羊极为致命的病毒粒子,能引起羊的搔痒症(scrapie)等致命中枢神经系统机能退化症(HilletM,1997)。PrP为单拷贝基因,它们都不受朊病毒疾病的感染,且没有发现其它副作用(Bueleretal,1992)。因此如果将羊的PrP基因敲除掉,产生抗PrP种群,这对畜牧业生产和人类健康都有着积极的作用。

Maga等(2006)研究表明,转基因山羊表达的重组溶菌酶,能有效抑制奶样嗜冷腐败菌以及能引起乳房炎的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长,从而可用于培育抗乳房炎的转基因羊新品种。

2.9 作为动物乳腺生物反应器

目前,已经取得成功的有:转基因重组人抗凝血Ⅲ(商品名:ATryn)2006),具有抑制

血液中凝血酶活性,预防和治疗急慢性血栓血塞形成,对治疗抗凝血酶缺失症有显著效果;人凝血因子Ⅸ(黄淑帧等,1988);乙肝病毒表面抗原(HbsAg)在转基因羊乳汁中的表达,人促红细胞生成素(EPO)转基因山羊(张靖溥等,1997);转mAAT基因转基因山羊等等。

2.10 生产人营养医用品

目前全球营养医用品市场的平均增长率超过187%,其中营养医用蛋白的发展潜力最大,已经成为营养医用品的支柱。但目前的生产量只能满足市场需求的10%~15%,因此,运用山羊乳腺生物反应器生产营养医用蛋白具有巨大的市场潜力,也成为近年来生物技术开发的热点。

我国近年已经研制和生产转基因羊乳腺生产药用蛋白的主要有抗凝血酶、蛋白酶抑制因子、蛋白酶原激活因子、路易斯抗体、抗癌抗体、胰蛋白酶、直纤维蛋白原、可用于呼吸窘迫综合症、肺栓、心肌梗塞、乳腺癌、肺癌、结肠癌、肺纤维囊肿、外科创伤等症。李孟超(2001)进行了用转基因羊乳腺生产乳铁蛋白和蛋白酶抑制因子的实验,曹阳(2003)进行了人溶菌酶羊乳腺生物反应器的研制,Rehetal(2004)培育了转有大鼠硬脂酰辅酶A去饱和酶基因的转基因山羊,MagaeaJ(2006)进行了转人溶菌酶基因羊乳腺生物反应器研制,均获得了成功。

2.11 生产兽用产品

全世界饲养的家畜和家禽按头数计算比人还多,兽用蛋白质药品是需量很大的一类商品。且用乳腺生物反应器生产兽用产品的条件要比医用产品低很多,尤其是纯化工艺简单得多,研发投资也许只有医用产品的十分之一或更少。所以,可根据实际情况,从产品多样化角度出发,用动物乳腺生物反应器生产一些兽用产品,例如,陈永福(2002)成功利用转基因羊乳腺表达了鸡传染性法氏囊病毒蛋白(1BDV)。转基因羊可改善乳品质。Maga等(2006)培育出在乳腺中特异表达人菌酶的转基因山羊,表达水平达270mg/L,奶样对猪仔的饲喂试验表明,含重组人溶菌酶的奶样能显著减少猪仔胃肠道的大肠杆菌等细菌数,从而证明转基因山羊奶可用于预防婴幼畜腹泻等疾病。

2.12 生产生物材料

用动物乳腺生产工业蛋白质是转基因动物应用的一个新领域。蜘蛛丝是目前知最为坚韧且有弹性的天然动物纤维之一,但由于蜘蛛不能大规模群体饲养,因此不能从蜘蛛中获取大量蛛丝,且由于蛛丝分子量巨大,也很难通过化学合成方法获得蛋白。为此,有人提出了利用动物乳腺来生产珠丝蛋白的构想。加拿大魁北克NEXIA生物技术公司(2003)将蜘蛛体内的牵丝蛋白基因转入山羊体内,成功培育出羊奶中含牵丝蛋白的转基因山羊。用此种方法生产的人造蜘蛛丝比钢强4~5倍,因此亦被称为“生物钢”。这种“生物钢”有蚕丝的质感,有光泽,弹性极强,可以用来制造手术缝线,耐磨服装,还能制成具有防御功能且柔软的防弹衣,在医疗、航天、航海、军事和建材等工业市场可有广阔的应用前景。

3 转基因克隆山羊的研究进展

3.1 体细胞核移植

Baguisi等(1999)用含人抗凝血酶基因的山羊胎儿体细胞进行核移植,得到了三只转基因克隆山羊,经诱导泌乳证明能高效表达人抗凝血酶,首次证实含外源基因的山羊胎儿细胞能克隆得到转基因的个体,为核移植法生产转基因山羊展示了广阔的前景。

Keefer等,(2001)用转染了绿色荧光蛋白基因的山羊胎儿成纤维细胞克隆得到一只转基因克隆山羊,证明转染了外源基因的山羊胎儿成纤维细胞仍可克隆得到个体。只是,在体外正常培养的转基因克隆山羊细胞中未能检测到绿色荧光蛋白基因的表达。

邹贤刚等,(2002年)用转染了外源基因(neo`)的山羊胎儿成纤维细胞克隆得到5只

转基因克隆山羊,并且在克隆羊的体细胞中仍能检测到外源基因(neo`)的表达。

3.2 体细胞核克隆

成勇等(2002)用成年转基因山羊的成纤维细胞和卵巢颗粒细胞克隆得到转基因克隆山羊,首次证实含外源基因的成年山羊体细胞也能克隆得到个体。转基因克隆山羊的再克隆,通过核移植技术可以较快地制备出转基因动物,也可以将表达效果较好的转基因动物进行克隆、再克隆以快速扩大群体。理论上,用核移植技术可以将一只转基因山羊扩大到数千甚至数万只而不必担心外源基因的丢失。

Shi等,(2002)研究表明,体细胞克隆动物体内普遍存在着甲基化异常、印记基因表达异常等情况。用克隆山羊的体细胞进行再克隆时,不能预测其基因组上的异常会被进一步放大而导致重编程失败;还是像早期胚胎细胞连续核移植那样,由于多次暴露于卵母细胞质中而得以修复误差,进而提高核移植的效率(邹贤刚等,1995);或者对克隆效率无影响。将克隆动物再次进行克隆,可以很好地研究体细胞积累的变异对个体发育、繁殖和健康的影响。

Wakayama等(2000)进行过小鼠的连续克隆研究,发现随着克隆代次的增加,克隆效率总体呈下降趋势;杨向中等(2004)报道了公牛的连续克隆实验,也发现克隆效率随着克隆代次的增加而下降。

在已制备的转基因克隆山羊中,外源基因的表达效果也不相同。Baguisi等,(1999)用转基因山羊F1代的胎儿体细胞克隆得到个体,外源基因的表达量与其F0代转基因山羊的表达量相似。geefer.0等,(2002)将绿色荧光蛋白基因转染到山羊胎儿成纤维细胞中,并克隆得到一只转基因克隆山羊,但在转基因克隆山羊的细胞中未能直接检测到绿色荧光蛋白基因的表达。邹贤刚、成勇等,(2002)采用转染neon基因的山羊胎儿成纤维细胞克隆得到了转基因克隆山羊,并在其细胞中检测到neo`基因的表达。

4 问题与展望

转基因技术虽然已得到初步应用,但目前还存在一系列问题制约了其生产规模,产品的研究与开发,要使我国转基因羊进入产业化和市场化阶段,亟待要解决一些问题。

4.1 成活率低

转基因动物技术存在的主要问题是转基因动物成活率低,小鼠为2.6%,大鼠4.4%,兔1.5%,羊0.9%,猪0.7%,牛0.7。转基因羊在提高生产性状的同时,也留下一些后遗症,如死胎和畸形率较高,患关节病、胃溃疡等病的羊较为普遍。

4.2 加强基础理论研究,建立转基因羊产业化基地

我国拥有大量山羊与绵羊的品种资源,山羊的品种数量占到了世界品种数量的l/4,拥有具有突出繁殖性能的小尾寒羊、良好皮毛质量的滩羊和湖羊、具有优良抗逆性的蒙古羊等等,这些珍贵的遗传资源,均为我国羊的遗传改造提供了丰厚的物质基础。

目前,我国尚缺乏具有自主知识产权的基因和调控元件,外源基因在受体动物染色体中的定位整合和在特定组织及发育阶段中表达目前仍然无法控制,从而使被转移的基因无法稳定地遗传。同时生产性状受多基因控制,目前还不能进行大批基因的转移。

4.3 建立和完善高效、安全和工厂化转基因羊生产技术,解决潜在产品安全问题

包括转基因动物的产物的分离和提纯,表达产物的结构和生物活性与人体蛋白的相似性问题,只有从表达产物中除去能引起人类

变态反应的蛋白,并且产品与人体蛋白有足够的相似性,才能应用于人类的健康事业。

4.4 亟待建立转基因羊安全评价体系,防止转基因羊及其产品对生态环境造成污染

转基因羊新品种和生物反应器的产业化涉及生物学、畜牧学、医学、分子遗传学和细胞

遗传学等多学科门类的知识,需要加强个学科研究人员之间的通力合作,同时要防止转基因羊及其产品对生态环境造成污染。

4.5 展望

作为一项的生物高新技术成果,转基因克隆山羊技术体系只有二十几年研究历史,它涉及到农牧业、生物医学和药物产业等诸多方面,是一项复杂的系统工程,在生命科学、临床医学、食品业、畜牧业生产和环境保护等重要领域都显示出了广阔的应用前景与重大的应用价值。尽管目前仍然存在许多问题,但随着世界上第一个利用转基因羊乳腺生物反应器生产的重组蛋白人用药物在欧洲获准上市,人们更加坚信转基因羊必定为最终解决解决世界人口、粮食、环境、健康等影响21世纪人类生存的重大问题发挥出不可估量的作用,为人类带来更大的利益。

转基因研究的现状及发展

转基因研究的现状及发展 转基因作物是当今世界各国现代生物技术产业研究的热点,中国的转基因生物技术发展一、我国转基因作物的发展现状迅速,由于科学界对转基因作物对人类及生态环世界上最早的转基因作物诞生于年,是一境利与弊的争论,措政府应制定相应的政策、施对到种含有抗生素药类抗体的烟草。世纪年代,其进行安全管理。本文论述了转基因作物在国际农业生物技术已逐渐成为各国现代生物技术产业研国内的发展现状,分析了转基因作物对人类及生态环境的利与弊以及关于我国转基因作物安全管究的热点。 转基因技术的应用 1.在畜牧兽医中的应用 应用于动物抗病育种转基因技术可以用于动物抗病育种,通过克隆特定基因组中的某些编码片段,对之加以一定形式的修饰以后转入畜禽基因组,如果转基因在宿主基因组能得以表达,那么畜禽对该种病毒的感染应具有一定的抵抗能力,或者应能够减轻该种病毒侵染时对机体带来的危害。(其用于遗传育种,不仅可以加速改良的进程,使选择的效率提高,改良的机会增多,并且不会受到有性繁殖的限制。)例如Clements等将绵羊髓鞘脱落病毒的表壳蛋白基因转入绵羊,获得的转基因动物抗病力明显提高;丘才良把一种寒带比目鱼抗冻基因成功地转移到大西洋鲑中,为提高某些鱼类的抗寒能力做了积极的尝试。 2.在医学领域中的应用 用于生产药用蛋白用转基因动物的乳腺生产重组蛋白(乳腺生物反应器)可能是转基因动物的最大应用,这也是世界范围内转基因研究的热点之一。Swamdom (1992)用β-球蛋白的4个核酸酶I的高敏位点与人的两个基因相连,融合基因产生的转基因猪与鼠的原型相似。目前,把转基因动物当作生物反应器来生产药用蛋白已经受到国际社会的极大关注,不仅各国政府投资,一些私人集团也不惜投入大量资金加以研究和开发。 3.转基因的应用存在的问题及展望 (1)转基因表达水平低,许多转基因的表达强烈地位受着其宿主染色体上整合位点的影响,往往出现异位表达和个体发育不适宜阶段表达,影响转基因表达能力或基因表达的组织特异性,从而使大部分转基因表达水平极低,极少部分基因表达水平过高。 (2)难以控制转基因在宿主基因组中的行为,转基因随机整合于动物的基因组中,可能会引起宿生细胞染色体的插入突变,还会造成插入位点的基因片段丢失,插入位点周围序列的倍增及基因的转移,也可能激活正常状态下处于关闭状态的基因。 (3)不了解哪些基因控制多数生理过程,不了解基因表达的发育控制和组织特异性控制的机制。 (4)制作转基因动物的效率低,这是目前几乎所有从事转基因动物研究的实验室都面临的问题,也是制约着这项技术广泛应用的关键。 (5)对传统伦理是一种挑战,对人类的生存有一定的负面作用等。 当然,我们不能因为这些缺点的存在就否定转基因技术的研究价值。因为它作为一种新兴的生物技术,配合其他相关的生物技术将具有广阔的应用前景。随着这一技术日趋成熟,许多问题有望逐步得到解决。

基因工程及其应用教学设计

第2节基因工程及其应用 孝义三中高一生物组张文 一、教材内容分析 基因工程是现代四大生物工程之一。《基因工程及其应用》是人教版高中生物必修2第6章第2节内容。本节内容主要包括三个方面,分两课时讲授。第1课时简要介绍“基因工程的原理”,第2课时介绍“基因工程的应用”及“转基因生物和转基因食品安全性”。本节内容是对前面所学育种内容的补充,是即贴近生活又远离生活的微观内容。由于在选修3中还有基因工程的介绍,因此本节的要求相对简单一些。 二、学情分析 对于基因操作的工具和基本步骤,内容抽象和复杂,学生接触少,会出现掌握不好,甚至理解错误的情况。虽然经过必修1的学习,学生的生物基础知识较扎实,思维的目的性、连续性和逻辑性已初步建立。但基因工程一节对学生来说难点较多,如果处理不好,会变成简单的死记硬背。因此在教学过程中,尽量通过生活化打比喻的方式和模型建构活动及采用多媒体动画形象化教学,并在教师引导下适时加强学生解决问题和运用图解等生物学语言归纳结论等方面的能力。切记不可讲的太多。 三、教学目标 1、简述基因工程的基本概念; 2、简述基因工程的基本工具; 3、简述基因工程的基本操作步骤; 4、通过基因工程的简介,鼓励学生积极探索新知和科学创新,树立一分为二的辩证唯物主义思想; 四、教学重点、难点分析 教学重点:基因工程的基本原理(概念、工具、操作步骤) 教学难点:基因工程的基本原理 五、教学思路 本节课主要解决如下几个问题:1)什么是基因工程?2)基因工程的主要原理是什么?3)基因工程的操作过程如何?4)基因工程有哪些方面的应用?如何看待转基因食品?由于本节内容和前面的育种内容联系比较紧密,因此可以让学生回顾前面几种育种方法的成果,再通过情景展现传统育种方法所不能达到的地方,进而引出基因工程,通过列举生活中的转基因成果让学生知道基因工程就在我们身边。而后通过与学生们所熟知的器官移植做对比,让学生理解基因工程的本质和操作过程。通过对转基因食品的讨论让学生树立辩证唯物主义观念。 六.教学策略及教学媒体 根据激趣原则,通过展示色彩绚丽的转基因生物图片入手,引出基因工程的概念,采取“引导—互动—探究”模式,即采用师生互动探究式教学,借助老师生活化打比喻和多媒体动画并安排学生制作模型活动从而使抽象的课程内容具体化,直观化和形象化。 七、教学设计流程图第1课时“基因工程的原理”

转基因技术的研究进展

作物转基因技术的研究进展 摘要:作为生物技术领域的前沿,转基因技术已在多种植物上取得重大进展。本文主要介绍了当前作物转基因技术的三大主流方法:农杆菌介导法、基因枪介导法和花粉管通道法,并阐述了这几种转基因技术在水稻、小麦、棉花、玉米、大豆,甘薯等几种主要农作物的应用进展状况。 关键词:转基因技术、农作物、应用 Genetically Modified---转基因,简称GM,是指运用科学手段从某种生物体中提取所需要的基因,将其转入另一种生物中,使与另一种生物的基因进行重组,再从结果中进行数代的人工选育,从而获得特定的具有变异遗传性状的物质。而其衍生出的转基因技术就是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,即把一个生物体的基因转移到另一个生物体DNA中的生物技术。 1983年比利时科学家Montagu 等人和美国Monsanto 公司Fraley等人分别将T- DNA上的致瘤基因切除并代之以外源基因,获得了世界上第一株转基因植株———转基因烟草。自此之后,作物转基因技术得到了迅速发展.截至目前,几乎所有的作物都开展了转基因研究,育种目标涉及到高产、优质、高效兼抗性及多用途等诸多方面.一批抗病、抗虫、抗逆、抗除草剂等转基因作物已进入商品化生产阶段. 国际农业生物技术应用服务组织2 月13 日在京发布的1 份报告显示,全球27 个国 家超过1800 万农民,2013 年种植转基因作物,种植面积比2012 年增加了500 万公顷。此外,首个具有耐旱性状的转基因玉米杂交品种亦于2013 年在美国开始商业化。 据该报告显示,全球转基因作物的种植面积于转基因作物商业化的18 年中增加了100 倍以上,从1996 年的170 万公顷增加到2013 年的1.75 亿公顷,其中美国仍是全球转基因作物的领先生产者,种植面积达7010 万公顷,占全球种植面积的40%。国际农业生物技术应用服务组织创始人兼荣誉主席、本年度报告作者Clive James 表示,目前排名前10 位的国家种植转基因作物的面积均超过100 万公顷,这为将来转基因作物的多样化持续发展打下了广泛基础。在种植转基因作物的国家中,有19 个为发展中国家,8 个为发达国家;发展中国家的种植面积连续2 年超越发达国家。 目前,作物遗传转化的方法有农杆菌介导法、基因枪法、电激法、PEG 法、脂质体法、低能离子束法、超声波介导法、显微注射法、花粉管通道法等.但在当前作物基因工程研究中,主要采用农杆菌介导法、基因枪法、花粉管通道法,这三种转基因技术也相对较为成熟. 一、农杆菌介导法 农杆菌介导法是指农杆菌侵染植物时,受到植物受伤后释放的酚类物质的刺激,活化质粒上Vir 区基因的表达,将质粒上的另一段DNA(T-DNA)共价整合到植物基因组上,在植物体内表达而改变植物的遗传特性。农杆菌介导法的转化效率受众多因素影响,如农杆菌侵染外植体的影响因素、外植体再生能力的内在因素和环境条件(pH、温度和光照条件)等[32],此法具有流程简单、仪器设备便宜、拷贝数低[33],且基因沉默少,转移的基因片段长等优点。 农杆菌介导法是获得第一个转基因植物的方法,迄今为止,农杆菌介导法获得的转基因植物占转基因植物总数85%,已成为植物基因转化首选方法。 二、基因枪介导法 基因枪法又称微弹轰击法,是将外源基因包裹在直径1~2 nm的钨或金颗粒表面,加速轰击植物外植体靶组织,穿过植物细胞壁和细胞膜而将外源基因带入植物细胞。因此,通过该方法进行DNA的转移过程不受外植体基因型的限制,可以将外源基因转移至几乎所有的植物细胞、组织器官和原生质体中。 最早的基因枪是由美国Cornel 大学的Sanford 等在1987 年研制成功的。目前基因枪介

6.2基因工程及其应用学案

课型:新授主备:同备审批: 7/13/2013 第6章从杂交育种到基因工程 第2节基因工程 【学习目标】1.简述基因工程的基本原理 2.举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用 3.关注转基因生物和转基因食品的安全性 【学习重点】1. 基因工程的基本原理 【学习难点】基因工程的基本原理 【学习过程】 一、基因工程的基本原理 (一)、基因工程的概念 基因工程又叫做或。通俗地说,就是按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以,然后放到另一种生物的细胞里,定向地改造生物的。 【思考】 为什么不同生物的基因可以相互转移?转基因生物是否产生了新基因和新型蛋白质? (二)、基因工程的工具 基因的“剪刀”—— 一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列,并在的切点上切割DNA分子。【思考】 要获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口?可产生几个黏性末端? 被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端? 【练一练】试写出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端 基因的“针线”—— “缝合”__________和_________交替连接而构成的DNA骨架上的缺口。 【思考】DNA连接酶连接的是两个脱氧核苷酸分子的什么部位?

基因的运载体目前常用的运载体有________、________和______________等。 质粒存在于中,是拟核或细胞核外能够________的______________分子。 (三)、基因工程的操作步骤 目的基因、目的基因与结合、将目的基因、目的基因的和 【思考】 目的基因和质粒为什么要用同一种限制酶切割?限制酶和DNA连接酶作用的位点相同吗?用DNA连接酶讲目的基因与运载体结合时,有其他不同的结合情况吗(两两结合时)? 二、基因工程的应用 1、基因工程与作物育种 人们培育出的转基因作物和转基因动物主要有 ___________________________ ___ _____ ____ ____________________________________ __ 2、基因工程与药物研制 转基因药物有:________、________、________、________、________、________、________、________、________。 三、转基因生物和转基因食品的安全性 两种观点:__________________________________和_______________________________ [课堂小结] 【自我检测】 1.不属于基因工程方法生产的药物是() A.干扰素 B.白细胞介素 C.青霉素 D.乙肝疫苗 2.质粒是基因工程最常用的运载体,它的主要特点是() ①能自主复制②不能自主复制③结构很小④蛋白质⑤环状RNA分子 ⑥环状DNA ⑦能“友好”地“借居”

课程论文 转基因作物的研究进展

生物与环境工程学院课程论文 转基因作物的研究进展 学生姓名: 学号: 专业/班级: 课程名称:生物工程原理 指导教师:教授 生物与环境工程学院 2011年5月

转基因作物的研究进展 摘要:人们将所需要的外源基因(如高产、抗病虫害优质基因) 定向导入作物细胞中, 使其在新的作物中稳定遗传和表现,产生转基因作物新品种, 是大幅度提高作物产量的一项新技术。本文先描述了转基因作物的发展进程,对其基因问题的研究作了讨论,并列出转基因作物目前存在的主要问题并作分析,最后对此项技术作出展望。 关键词:转基因作物;DNA技术;基因导入;安全性 前言 转基因植物(transgenic plant),是指基因工程中运用DNA 技术将外源基因整合于受体植物基因组、改变其遗传组成后产生的植物及其后代。转基因植物的研究主要在于改进植物的品质,改变生长周期等提高其经济价值或实用价值。[ 1 ]其主要范围是在作物方面,如可食用的大豆、玉米等,或者可投入生产的棉花等作物。 从表面上看来,转基因作物同普通植物似乎没有任何区别,它只是多了能使它产生额外特性的基因。从1983年以来,生物学家已经知道怎样将外来基因移植到某种植物的脱氧核糖核酸中去,以便使它具有某种新的特性:抗除莠剂的特性,抗植物病毒的特性,抗某种害虫的特性。[ 2 ]这个基因可以来自于任何一种生命体:细菌、病毒、昆虫等。这样,通过生物工程技术,人们可以给某种作物注入一种靠杂交方式根本无法获得的特性,这是人类9000年作物栽培史上的一场空前革命。[ 3 ] 1 转基因作物的发展进程 转基因作物的研究最早始于20世纪80年代初期。1983年,全球第一例转基因烟草在美国问世。1986年,首批转基因抗虫和抗除草剂棉花进入田间试验。1996年,美国最早开始商业化生产和销售转基因作物(包括大豆、玉米、油菜、

基因工程及其应用完整版

基因工程及其应用集团标准化办公室:[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]

第2节基因工程及其应用(第1课时) 知识链接及考试地位 本知识与“DNA分子的结构与复制”、“基因突变和基因重组”、“DNA重组技术的基本工具”、“基因工程的基本操作程序”等内容相联系,考试过程中常设计基因工程的原理、基本工具等基础知识,多以个别填空或选择题的形式呈现。 知识回顾 1、DNA分子的结构特点是什么? 2、什么是基因重组? 学习目标 1、简述基因工程的诞生。 2、简述基因工程的原理及技术。要明确基因工程操作的基本步骤和最基本的工具。 重难点 1.教学重点 基因工程的基本原理。 2.教学难点 基因工程的基本原理 新知探究 传统育种的方法一般只能在生物中进行,很难将一种生物的优良性状移植到生物身上。基因工程的出现使人类有可能按照自己的意愿地改变生物,培育出。 一、基因工程的原理 基因工程又叫做或。通俗地说,就是按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以,然后放到另一种生物细胞里,地改造生物的遗传性状。基因工程是在DNA上进行的水平的设计施工,基因的剪刀是指,简称限制酶。其作用特点是一种限制酶只能识别一种序列。基因的针线是指。目前常用的运载体有、和等。质粒存在于许多以及等生物中,是细胞染色体外能够自主复制的小型分子。 基因工程的操作步骤是:、目的基因与运载体结合,目的基因导入受体细胞、目的基因的和。 二、基因工程的原理、操作对象各是什么? 三、限制性内切酶的分布、特点、作用部位和作用结果如何? 四、作为基因的运载体,需具备哪些条件? 五、DNA连接酶的作用对象、位置和结果如何? 六、基因工程的优点是什么?

转基因动物应用前景

转基因动物的应用前景 冯彦东,马小军,李越,马志辉,肖海元,马永刚,马聪 甘肃农业大学动物科学技术学院甘肃兰州 (730070) 摘要:本文较为全面的综述了各种转基因动物技术的方法,以及提高转基因效率的方法;指出了目前研究中存在的问题,并对其发展前景进行了展望。 关键词:转基因动物、基因、方法、应用、前景 科学家预言,21世纪是生命科学的世纪,生物技术产业已成为科学家和企业家开发的热点。转基因动物技术是21世纪发展最为迅速的生物高新技术之一,是建立在细胞遗传学、分子遗传学、胚胎发育学和DNA重组技术基础之上的生物工程技术。转基因技术就是利用工程技术的实验手段将特定外源基因导入受体细胞中,由此整合到受体细胞的染色体上,并使外源基因得到表达和遗传的生物技术。携带外源基因并能表达和遗传的支物称为转基因动物。转基因技术是新兴的生物技术,具有广阔的应用前景。目前利用转基因技术获得的主要是粮食作物,其中转基因植物及产品已进入商品化生产阶段。转基因动物的研究尚处于实验室研究阶段,获得转基因动物技术难度较大。但它是一种通过对基因的操作,在RNA、蛋白质、形态学或生理学等水平直接观察基因在活体内的活动情况,并观察其表达产物所引起的表型效应的四维实验体系,其应用已广泛渗透于分子生物学、发育生物学、免疫学、制药及畜牧育种等各个研究领域中,既具有深远的理论价值,又有重大的应用价值。据统计,全球已有以转基因动物技术为核心的公司43家,并将成为21世纪生物技术领域的支柱产业。1998年全球动物生物技术产品总销售额估计为6.2亿美元,预计到2010年仅在农业领域总销售额将达到110亿美元,其中75亿美元来自转基因动物品种。而利用转基因动物制作生物反应器生产药品物和功能蛋白的销售市场预计可达500亿美元。毫无疑问,转基因动物正在改变着生物医药、农业生产、环境保护、生物材料,甚至是整个生命科学研究与发展面貌。利用转基因动物技术,既可加快家畜品种的改良速度,提高肉、奶、蛋的产量和品质,又可生产珍贵的药物蛋白,为大量患者造福。可以说转基因动物技术对于人们千百年来追求的丰衣足食,延年益寿两大目标都会做出具大的贡献。[1,2,3,4,5,6,7] 1 转基因动物的制作方法 1.1 显微注射法 是由美国人Gordon于1980年首次发明。显微注射法的制作过程是将SV40的TK基因整合的质粒以显微注射法注入到小鼠受精卵原核中,首次成功地培育出转基因小鼠。其基本原理是通过显微镜注射将外源基因直接注射到受精卵的雄原核内,将外源基因整合到DNA中,发育成转基因动物。其优点是直接对基因进行操作,整合率较高.缺点是技术难度高,成功率低。[3,8,15,18] 1.2 逆转录病毒传染法 此法的研究是1974年Janenissh等将SV40DNA注入小鼠囊胚腔中,获得转基因小鼠。其原理是利用逆转录病毒的LTRs区域具有的转录启动子活性这一特点,将外源基因连接到LTRs的下部进行重组后,再使之包装成为高滴度的病毒颗粒,直接感染受精卵或注入囊胚中,携带外源基因的反转录病毒DNA可以整合到宿主染色体上。逆转录病毒法的优点是操作简单,外源基因的整合率高,动物病毒所具有的启动子不但可以引发一些选择标记基因的表达,还能引发所导入的外源基因的表达,缺点是逆转录病毒载体容量有限,并且外源基因

转基因动物技术应用研究进展汇总

转基因动物技术应用研究进展 摘要:本文主要对动物转基因技术发展状况作了概述,重点是近年发展的提高转基因效率的非定点整合转基因方法, 如睾丸转基因法和卵巢转基因法; 提高转基因精确性的定点整合转基因的基因打靶法作了介绍。然后对转基因技术的应用作了论述,最后对转基因技术的发展前景作了展望。 关键字:动物转基因技术;应用;展望 Progress on Techniques for Producing Transgenic Animals And their Application Abstract: This review describes the recently developed animal gene transfer techniques, including gene transfer into the testis and ovary for easily making non-site specific methods; gene targeting in embryonic stem cells, somatic cells and primordial germ cells for site specific methods.The application and prospect of transgenic technology was also discussed. Key words: animal gene transfer technique; application;prospect 动物转基因技术是将外源基因移入动物细胞并整合到基因组中, 从而使其得以表达。自Palmiter等[1] (1982)把大鼠生长激素基因导入小鼠受精卵获得超级巨鼠以来,世界各国科学家对转基因技术应用于动物生产的研究产生了极大的兴趣,并相继在兔、羊、猪、牛、鸡、鱼等动物上获得转基因成功。转基因动物研究是近年来生命科学中最热门、发展最快的领域之一,其应用已广泛渗透于分子生物学、发育生物学、免疫学、制药及畜牧育种等各个研究领域中。这项技术正在对动物生产产生一场新的革命,在提高生长速度、生产性能,改善产品品质、抗病育种、基因治疗等方面取得了可喜的进展,显示出诱人的应用前景。 1 转基因动物技术 1.1 显微注射法 这一方法是发展最早,目前应用最广泛和最为有效的制作转基因动物的方法,创始人是Jaenisch和Mintz等,Gorden等[2]和最先通过此法获得转基因动物。其基本原理是:通过显微操作仪将外源基因直接用注射器注入受精卵,利用受精卵繁殖过程中DNA的复制过程,将外源基因整合到DNA中,发育成转基因动物。 1.2 逆转录病毒载体导入法 将目的基因重组到逆转录病毒载体上,制成高滴度的病毒颗粒,人为感染着床前后的胚胎,

动物转基因技术及其应用

动物转基因技术及其应用 摘自(作者:幸宇云任军江西农业大学来源:《百名专家谈转基因》) 转基因是指利用现代分子生物学技术,将某些生物的基因导入到其他物种中,由于导入基 因的表达,引起这些物种性状发生可遗传的变化。转基因动物就是利用转基因技术获得的、具 有正常表达和可稳定遗传外源基因的动物。自1982年第一只转基因动物——一只因导入大鼠 生长激素基因而使生长速度倍增的转基因鼠诞生以来,各种转基因动物,如鱼、兔、猪、牛、 羊等先后问世,1997年,举世轰动的“多莉”克隆羊的诞生使转基因克隆动物成为现实,转 基因动物研究得到了进一步发展。 生产转基因动物的方法有很多,如:显微注射法、精子载体法、逆转录病毒载体法、胚胎 干细胞介导法、体细胞克隆介导法、人工染色体介导的基因转移法等,这些方法各有其优缺点,在转基因动物生产中有着不同程度的应用。 显微注射法是动物转基因技术中最早使用的方法。1982年,美国人Gordon就是利用这种 方法获得了名噪一时的转基因鼠。其基本原理是在显微镜下直接将目的基因注射到受精卵细胞 的原核内,在目的基因与胚胎基因组融合后进行体外培养,最后移植给受体母畜“借腹怀胎”。这种方法的优点是:可靠性高,重复性好,目的基因的整合效率相对较高,导入基因片段的大 小和类型不受限制,转基因在世代之间可以稳定遗传。该方法也有其缺点,主要体现在导入基 因整合的随机性和不可见性,这样会导致基因表达不稳定及可能出现不希望的插入突变。该方 法成功的范例很多,如:美国科学家Hammer等在1985年获得一批转基因兔、绵羊和猪;荷兰 科学家KrimPenfort等于1991年获得了转基因牛;1985年,我国朱作言院士等成功获得了世 界上首例转基因鱼;由中国农业大学李宁院士领导的课题组于2008年获得了一头导入人CD20 抗体基因的转基因奶牛——贝贝。 有的学者另辟蹊径,创立了精子载体转基因法。该方法是将精子与目的DNA进行预培养后,使精子具有携带目的基因进入卵子的能力,精子与卵子结合后,该基因被整合到受精卵的DNA 中。同显微注射法相比,该方法有几个明显的优点:无需显微注射操作,不会对胚胎造成损伤,整合率高,成本很低,不需要对动物进行胚胎移植手术处理等。但该方法成功率不高、效果不 稳定,有待科研人员进一步探索和改进。与显微注射法相比,该方法成功的例子不多。1989 年意大利Lavitrano等首次报道利用精子载体法获得转基因鼠;1996年意大利Sperandio科 研小组报道了采用该方法生产转基因牛和猪。 谈到病毒,人们往往面容失色,殊不知病毒在科学上有很多妙用。逆转录病毒是一种RNA 病毒,在转基因技术中有着独特的应用。人们将目的基因结合到逆转录病毒上,通过病毒感染 可将目的基因插入到宿主基因组中去。该方法具有可同时感染大量胚胎、不需要昂贵的显微注 射设备等优点,但也存在插入外源DNA大小有限、外源基因易发生重排和丢失、逆转录病毒的 序列可能干扰转基因表达等缺点。应用该方法,美国人Salter等(1987)生产出转基因鸡; 德国学者Hofmann等获得绿色荧光蛋白转基因猪(2003),随后又生产出转基因牛(2005); 来自冷泉港实验室的Michael获得能够发荧光的山羊(2006)。 胚胎干细胞是生命体中保留的未成熟细胞,具有再分化形成其他细胞和组织器官的潜力, 被称为“万能细胞”。利用胚胎干细胞生产转基因动物的原理是将外源基因导入分离好的胚胎 干细胞,然后将转基因的胚胎干细胞注射于受体动物胚胎后,参与宿主的胚胎融合形成嵌合体,从而得到转基因动物。这一方法的优点是可以对胚胎干细胞进行特定选择。缺点是目前只有小 鼠干细胞系比较成熟,而家畜干细胞系还未完全建立,有不少问题尚待解决。 体细胞克隆介导的转基因是动物转基因技术中的“高级版本”。说到体细胞克隆,很多人都会想到一位“动物明星”——多莉羊,它是于1997年由英国Wilmut等获得的杰作。转基因 克隆技术是转基因技术和动物克隆技术的有机结合,其基本原理是将目的基因导入动物体细胞

小麦转基因研究进展

转基因小麦研究进展及前景 摘要:自第一株转基因小麦报道以来,小麦转基因育种研究发展迅速,通过转基因技术实现的小麦遗传转化弥补了经典小麦育种的不足,突破了可利用基因库的限制,取得了可喜的进展。简要介绍了基因枪法、农杆菌介导法和花粉管通道法等基因转化方法在小麦遗传转化中的应用,讨论了转基因技术在获得抗除草剂、抗病虫、抗逆、改良品质和雄性不育转基因小麦植株等方面的应用现状及其存在的主要问题与对策。 关键词:小麦;转基因;分子育种;进展 采用远缘杂交技术将小麦野生近缘物种中的有益外源基因导入小麦栽培品种,对其抗性、品质、产量的提高发挥了重要作用。但由于双亲亲缘关系较远造成杂交不结实、杂种不育、杂种后代长期分离、预见性差,使该技术在小麦遗传改良上的应用受到一定限制。 植物转基因技术被证明是进行外源基因定向转移独特而有力的手段,一定程度上补充或改进了传统的育种方法。通过植物遗传转化技术,可以按照需要,将有遗传信息的DNA 片段即目的基因进行人工重组,在离体条件下转入宿主细胞进行复制、表达,定向改造植物,可以打破基因流的界限,而且大大缩短育种周期。小麦是举世公认的最难转化的重要农作物之一,且转基因研究起步较晚,经过许多学者十几年的不懈努力,取得了长足的进展。目前,几乎所有的作物都开展了转基因研究,育种目标涉及到高产、优质、高效、兼抗性及多用途等诸多方面,一批抗逆性(如抗病、抗虫、抗除草剂)转基因作物已进入商品化生产阶段。美国研制成功的世界第一例抗草甘磷除草剂转基因小麦已经通过安全性试验;抗草胺膦转基因小麦、抗咪唑啉酮转基因小麦、高蛋白转基因小麦、抗虫和耐镇草宁除草剂转基因小麦、抗蚜虫转基因小麦、抗小麦黄花叶病毒转基因小麦,以及抗白粉病、赤霉病和黄矮病的转基因小麦正在田间释放[1,2];高分子量谷蛋白亚基转基因小麦[3]、转Trx-S 基因抗穗发芽小麦新品系已进入中试阶段[4]。近年来,中国在小麦转基因方面也取得了初步的进展,并获得了一批具有抗病虫、抗逆境及改善品质的转基因小麦新材料,部分品系已经进入环境释放阶段。本文概述了小麦转基因研究常用遗传转化技术及其在小麦遗传改良中的应用,讨论了存在的主要问题及采取的应对措施。 1 小麦转基因技术 小麦转基因技术是指用人工方法将外源基因或DNA 导入小麦细胞,使之稳定地整合、表达并遗传的综合技术。小麦转基因技术可根据转化目的基因否需要通过组织培养再生植株分为两大类,第一类需要通过组织培养,常用的方法有农杆菌介导法、基因枪介导法、花粉管通道法等;第二类不需要通过组织培养,如PEG法、电激法等。在小麦遗传改良中应用最广泛的是第一类方法。 1.1 花粉管通道法 中国学者周光宇1974 年提出的DNA 片段杂交假说是花粉管通道法的理论基础,他于1983 年建立了花粉管通道法,该技术利用植物授粉后花粉萌发形成的花粉管,将外源DNA 送入胚囊中尚不具备正常细胞壁的合子。利用该法进行基因转移的工作主要集中在中国。1992 年,周文麟等通过花粉管法将C4作物的DNA 导入小麦,获得了具有C4作物若干性状的转“基因”后代[5]。随后,曾君祉等利用该法将带有GUS基因的pBI121 质粒导入小山3号,获得 5株转基因植株,转化率为4.7%[6]。阎新甫等将抗白粉病的大麦DNA导入花76,既获得了符合遗传规律的稳定抗病后代,还明确了抗白粉病基因由一对显性基因控制[7]。Ziberstein A 等将质粒DNA 涂于授粉的柱头,提高了转化频率,并完成后代分析和分子鉴定[8]。成卓敏等将大麦黄矮病毒GPV 株系的外壳蛋白基因导入小麦品种,获得了抗黄矮病毒GPV 的转基

转基因技术及其应用

转基因技术及其应用 转基因动物 转基因动物是指用实验导入的方法将外源基因在染色体基因内稳定整合并能稳定表达的一类动物。1974年,Jaenisch应用显微注射法,在世界上首次成功地获得了SV40DNA转基因小鼠。到目前为止,人们已经成功地获得了转基因鼠、鸡、山羊、猪、绵羊、牛、蛙以及多种转基因鱼。 转基因动物技术 原核显微注射法 逆转录病毒载体法 胚胎干细胞介导法 精子介导法 转基因技术的应用 在基础理论方面的应用由于外源动物基因可在转基因动物细胞中整合、表达,并制约于受体基因背景的调控,因此,可把转基因本身当作一个理想的功能标记,进而在理论实践方面得到应用: 可以对基因的结构和功能进行研究,Jacob和Kollaid等用两种不同的基因的局部片段组合成融合基因,做转基因工作,观察了这些异常的外源基因在宿主动物中的表达情况,并进行了有意义的探讨。 可以进行组织表达特异性研究,Fukamizu等用含有转录起点上游3Kb,下游1.2Kb的人肾素基因构建转基因小鼠。 还可以研究发育过程的特异性表达。将不同的外源基因转入宿主动物受精卵或早期胚胎干细胞,可观察研究目的基因在胚胎不同发育阶段的特异性表达、闭关及调控机理。应用于动物生产 在医学领域中的应用 建立诊断和治疗人类疾病的动物模型 生产可用于人体器官移植的动物器官异源器官移植可能是解决世界范围内普遍存在. 器官短缺的有效途径,目前对器官供体动物研究较多的是猪。猪作为人类器官移植的供体动物有以下一些优势:妊娠期短,产仔数多,后代生长快,而且不存在伦理方面的问题。更重要的是猪的不同发育时期的器官,诸如心脏、肾等与不同年龄的人的器官在大小上比较接近,极有可能代替病人的某些器官。 美:能发红光的转基因鱼 在美国得克萨斯州,一种能发红色荧光的

基因工程在转基因动物领域的应用现状及展望

生命科学院 分子生物学 期末综述 题目:基因工程在转基因动物领域的应用现状及展望班级: 09动物科学 姓名:曾雪婷 学号: 2009084548

【摘要】本文阐述了基因工程和转基因技术研究的原理、基本路线,介绍了转基因技术和生产转基因动物的方法,总结转基因技术在哺乳动物领域的应用,提出了转基因动物面临的问题,并对转基因技术及转基因动物的前景进行了展望。 【关键词】基因工程;原理;转基因动物;应用;展望 基因工程是改变生物的遗传组成,增加生物的遗传多样性,赋予转基因生物新的表型特征,使其能够更好地服务于人类社会的一项工程技术。基因工程在转基因动物领域的应用具有巨大的发展潜力,促进了转基因方法的不断发展和转基因动物应用领域的迅速扩大。 1.基因工程与动物基因工程的原理 基因工程又名遗传工程(genetic engineering)、一主要包括DNA 重组技术、分子克隆或基因克隆等技术,它是指在分子水平上提取(或合成)不同生物的遗传物质,在体外切割,再和一定的载体拼接重组,然后把重组的DNA分子引入细胞或生物体内,使这种外源DNA(基因)在受体细胞质中进行了复制与表达,按人们的需要繁殖扩增基因或生产不同的产物或定向创造生物的新性状,并能稳定遗传给后代[1]。基因工程的核心内容包括基因克隆和表达。 动物基因工程就是利用基因工程技术来人为地改造动物遗传特性的技术体系。它的具体应用就是生产转基因动物(transgenic animal),即用基因工程的方法获得目的基因并导入到动物的受精卵中,使外源基因与动物本身的基因组DNA整合到一起,并随细胞的分裂而增殖,从而在动物体内得到表达,产生具有特定性状的个体。这种在基因组中稳定有效地整合有人工导入外源基因的动物称转基因动物。应用实验胚胎学和分子生物学原理,将来自一种生物的特定基

动物转基因技术的研究现状与应用

动物转基因技术的研究现状与应用 课程:基因工程姓名:迪丽努尔·尼扎木墩学号:2013081605 摘要转基因动物就是指通过人工的方法将外源基因导人动物染色体基 因组,使之稳定表达并能遗传给后代的一类动物。转基因技术的一般方法有原核期胚胎的显微注射法(Microjection)、逆转录病毒载体法、精子载体法、体细胞核移植技术、胚胎干细胞介导的基因转移,这几种方法各有其公优缺点,在动物转基因上均有不同的应用,目前在动物抗病育种、建立诊断和治疗人类疾病的动物模型、利用转基因动物生产药用蛋白质等方面应用越来越广泛。 关键词转基因技术方法研究现状 转基因动物(transgenicanimal)指通过基因工程技术将目的基因导入生殖细胞、早期胚胎干细胞和早期胚胎,并整合到受体细胞的基因组中,它们经过各种发育途径形成所有细胞都包含目的基因的个体,称转基因动物(也称个体表达系统)。导入的基因称为转入基因(transgene),而整个技术则称为转基因技术(transgenictechnology或transgenesis)[1]。现代转基因动物(tx-ansgenicanimal)研究始于20世纪80年代以后,1980年,Gordon等首次获得转基因小鼠目前除转基因小鼠外,转基因兔、绵羊、猪、牛及转基因山羊、转基因鸡、转基因大鼠、转基因猴等陆续育成[2,3]。本文将从转基因动物的原理、主要方法和应用等方面作一综述。 1转基因技术的一般方法

能否将在细胞中进行的遗传修饰过渡到整体以及实现向后代的传递,主要取决于所进行修饰的细胞类型和与其相应的育种技术。迄今为止,能够被有效地用来进行转基因动物研究的途径主要有以下几种[4]: 1.1原核期胚胎的显微注射法(Mi-crojection) 该法由美国人Gordon发明,其主要步骤包括:(1)分离、克隆和重组外源基因,构建载体;(2)将融合基因注入受精卵的原核(一般是雄原核);(3)将微注射后的受精卵移入假孕母畜的输卵管继续发育。Palmiter等(1982)将带有小鼠金属硫蛋白I基因启动子的大鼠生长激素基因导入小鼠的受精卵,获得“巨型小鼠”,在生命科学领域引起了不小的轰动。按照转基因小鼠的思路,转基因兔、转基因绵羊、转基因猪、转基因山羊都相继成功。显微注射方法相对简单,整合率高,是目前应用比较广泛,效果比较稳定的制作转基因动物的方法之一。但该方法的整合位点随机,整合一般是多拷贝首尾串联相接,不利于研究基因的结构、功能及表达调控。 1.2逆转录病毒载体法 1.2.1逆转录病毒载体感染发育早期的动物胚胎:该方法主要利用逆转录病毒的长末端重复序列(longtermi-nalrepeats,LTRs)区域具有转录启动子活性以及逆转录病毒可以直接整合到宿主染色体上的特点,将外源基因连接到LTRs下部,构建重组载体,直接感染受精卵或微注入囊胚腔中。达到外源基因在宿主染色体上的整合、表达。Salter和Haskell等分别用此方法作出了转基因鸡和牛[5]。 1.2.2逆转录病毒载体注射MⅡ期的卵母细胞:Anthony等[6](1998)对逆转录病毒载体感染发育早期的动物胚胎的方法进行了改进。他认为逆转录病毒载体介导的基因整合的关键在于细胞分裂时出现核膜分解。有丝分裂时核膜降解的时间很短。细胞分裂完成后,核膜很快重新形成。而处于减数分裂中期(MⅡ)的卵母

简述转基因技术原理

转基因技术的理论基础来源于进化论衍生来的分子生物学。基因片段的来源可以是提取特定生物体基因组中所需要的目的基因,也可以是人工合成指定序列的DNA片段。DNA片段被转入特定生物中,与其本身的基因组进行重组,再从重组体中进行数代的人工选育,从而获得具有稳定表现特定的遗传性状的个体。该技术可以使重组生物增加人们所期望的新性状,培育出新品种。 1992年荷兰培育出植入了人促红细胞生成素基因的转基因牛,人促红细胞生成素能刺激红细胞生成,是治疗贫血的良药。转基因技术标志着不同种类生物的基因都能通过基因工程技术进行重组,人类可以根据自己的意愿定向地改造生物的遗传特性,创造新的生命类型。同时转基因技术在药物生产中有着重要的利用价值。转基因技术,包括外源基因的克隆、表达载体、受体细胞,以及转基因途径等,外源基因的人工合成技术、基因调控网络的人工设计发展,导致了21世纪的转基因技术将走向转基因系统生物技术2000年国际上重新提出合成生物学概念,并定义为基于系统生物学原理的基因工程与转基因技术。 1.转基因的细胞学原理: (1)细胞周期及MPF:细胞周期可人工分成4个时期,分别为G1期、S期、G2期和M期。细胞在正常情况下,沿着G1-S-G2-M路线运转。S期为DNA合成期,M期为有丝分裂期,M期结束到S期开始之前为G1期,S期末到有丝分裂期(M期)为G2期。有丝分裂的启动由成熟促进因子也叫M期促进因子(maturation/mitosism/meiosis promoting factor,MPF)调控,MPF 在细胞分裂中呈周期性变化即分裂后逐渐积累,到G2晚期达到高峰,由中期向后期转换时骤然消失。因此推测MPF是真核细胞M期的一个基本调节物质,能引导细胞由间期向M期转变。MPF由蛋白激酶激活,存在于所有的真核细胞中(包括减数分裂的性细胞)。但并非所有的细胞都是周期中细胞,某些细胞在一定的条件下可以脱离细胞周期进入G0期或分化为不分裂的细胞,而且G0期细胞可通过诱导重新进入周期。 (2)通过MⅡ期的卵母细胞转基因:MⅡ期的卵母细胞的MPF含量很高,可以诱导细胞核发生一系列变化包括核膜破裂(NEBD)和早熟染色体凝集(premature chromosome condensation,PCC),处于减数分裂MⅡ期的卵母细胞无核膜的时间远远长于有丝分裂M期的细胞。所以此时期的卵母细胞可作为基因导入的受体。据此1998年Anthonv等对逆转录病毒载体感染发育早期的动物胚胎方法加以改进,用逆转录病毒载体注射MⅡ期的卵母细胞,注射完毕的卵母细胞同获能后的精子共同孵育后,体外发育至囊胚,再移植到母牛体内得到了转基因小牛。1999年Anthonv等又将精子与外源基因共孵育,然后将精子头部显微注射入MⅡ期的卵母细胞,这两种方法共同之处都是利用MⅡ期的卵母细胞无核膜,外源基因易导入的 特点。 2.转基因的胚胎学原理: (1)哺乳动物转基因的胚胎学原理:精子和卵子只有发育成熟后,精卵相遇时才能完成受精过程。精子进入卵子后头尾分离,胞核出现核仁,形成核膜,头部膨大形成雄原核;同时卵子排出第二极体形成雌原核。一般来说雄原核比雌原核大。接着雌雄原核的核膜消失,雌雄原核融合。随后细胞周期性卵裂,分裂球增加到32个时形成桑葚胚,进入子宫再发育至囊胚,此前的胚胎细胞具有很强的分化能力。从哺乳动物受精卵分裂发育的规律来看,转基因操作时较合适的部位是受精卵的雄原核,精子进入卵细胞后的1小时,雄原核和雌原核还未融合,在显微镜下容易看到雄原核。多数研究者在此时期把外源基因显微注射到雄原核,通

转基因技术综述

动物转基因技术研究进展及其应用前景 孙凤俊张佳谊韩广文 (北京奶牛中心北京延庆 102100) 摘要:转基因技术作为生命科学的前沿技术之一,已经逐渐走入了人们的生活。转基因技术可以认为是在一定程度上通过科学技术手段让其他生物、植物朝着对人类有利方向发展的技术。本文介绍了转基因技术及其应用研究现状,并预测了未来发展前景,阐述了该技术的利弊关系,指出只有通过正确的引导和规范管理,才能很好地利用该技术,使它为人类服务。 关键词:转基因应用利弊关系 1. 引言 转基因技术是生命科学前沿的重要领域之一。自从人类耕种作物以来,我们的祖先就从未停止过作物的遗传改良。过去的几千年里农作物改良的方式主要是对自然突变产生的优良基因和重组体的选择和利用,通过随机和自然的方式来积累优良基因。遗传学创立后近百年的动植物育种则是采用人工杂交的方法,进行优良基因的重组和外源基因的导入而实现遗传改良。因此,可以认为转基因技术是与传统技术一脉相承的,其本质都是通过获得优良基因进行遗传改良。但在基因转移的范围和效率上,转基因技术与传统育种技术有两点重要区别,第一,传统技术一般只能在生物种内个体间实现基因转移,而转基因技术所转移的基因则不受生物体间亲缘关系的限制;第二,传统的杂交和选择技术一般是在生物个体水平上进行,操作对象是整个基因组,所转移的是大量的基因,不可能准确地对某个基因进行操作和选择,对后代的表现预见性较差。而转基因技术所操作和转移的一般是经过明确定义的基因,功能清楚,后代表现可准确预期。因此,转基因技术是对传统技术的发展和补充。将两者紧密结合,可相得益彰,大大地提高动植物品种改良的效率。 2. 动物转基因技术概况 转基因技术是指用人工分离和修饰过的外源基因导入生物体的基因组中,从而使生物体的遗传性状发生改变的技术,可分为转基因动物与转基因植物两大分支。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。 资助项目:北京市奶牛良种选育与繁育体系建设 项目编号:D12110500330000 作者简介:孙凤俊,男,1958年10月出生,辽宁省岫岩县人。北京奶牛中心科研中心研究员,主要从事奶牛繁殖技术研究。Email:fjsun1958@https://www.doczj.com/doc/8d7433245.html,

基因工程药物的研究进展及其应用前景

基因工程药物研究与应用新进展 郭小周 生物技术药物(biotech drugs)或称生物药物(biopharmaceutics)是集生物学、医学、药学的先进技术为一体,以组合化学、药学基因(功能抗原学、生物信息学等高技术为依托,以分子遗传学、分子生物、生物物理等基础学科的突破为后盾形成的产业。现在,世界生物制药技术的产业化已进入投资收获期,生物技术药品已应用和渗透到医药、保健食品和日化产品等各个领域,尤其在新药研究、开发、生产和改造传统制药工业中得到日益广泛的应用,生物制药产业已成为最活跃、进展最快的产业之一。 摘要:自20 世纪70 年代基因工程诞生以来,以DNA重组技术为核心的现代生物技术一直是人们研究的热点,本文主要介绍了基因药物的定义、获得途径、一些前沿技术以及基因药物的应用与发展前景。 关键词:生物技术药物基因工程药物基因发展前景 1. 引言 近年来1953年Waston和Crick发现遗传物质DNA的双螺旋结构,给整个生物学乃至整个人类社会带来了一场革命。此后,一系列有关遗传信息即基因研究的成果很快的向应用和开发拓展。1972年,美国斯坦福大学P.Berg博士研究小组使用EcorRⅠ,第一次在体外获得了包括SV40 DNA和λ噬菌体DNA的重组DNA分子。1973年,S.Cohen 等将两中分别编码卡那霉素和四环素的抗性基因相连,构建出重组的DNA分子,然后转化大肠杆菌,获得了既抗卡那霉素又抗四环素的转化子菌落,这是第一次成功的基因克隆实验,标志着基因工程的诞生。1977年Boyer首次获得生长激素抑制因子的克隆,1982年第一个基因工程重组产品——人胰岛素被批准应用,进入市场。迄今为止,已有50多种基因工程药物上市,近千种处于研发状态。基因工程药物已经形成一个巨大的高新技术产业,产生了不可估量的社会效益和经济效益,由于基因药物的出现,可以大大改善人类的生命质量,对于一些重大疾病的治疗将会有新的突破。 2 基因工程

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