三问转基因技术
1转基因技术是什么？
转基因技术是将已知调控优良性状的目的基因通过微生物介导、显微注射或者基因枪轰击等方式转入生物体，从而赋予生物体新的优良性状的技术。被选取的基因序列可以是来自植物、动物或者是更为低等的生物种类。这些外源基因可以整合到转基因生物的基因组中，在培育优良动植物品种，以及基因治疗等方面有巨大的应用潜力。
2什么是转基因动植物？
转基因植物
转基因植物是将优质、高产、抗寒、抗旱、抗病虫等已知调控特定功能性状的基因，转入到目标生物体中，使受体植物材料在原有遗传特性基础上改良生长、抗性等性状，从而获得优良品种。01转基因植物的应用
抗虫：将抗虫基因转入植物，减轻害虫对植物的危害的同时也可以减少杀虫剂的使用，科学家将苏云金芽孢杆菌的Bt蛋白基因转入植物使其自身产生Bt蛋白得到抗虫棉品种，不仅抗虫，还能够减少农药的使用。1999年我国成功构建具有自主知识产权的Bt基因，成为世界上第二个拥有抗虫基因自主知识产权的国家，育成了转基因抗虫棉SGK321、中棉所41、鲁棉研15等，至2006年我国自主培育的抗虫棉品种种植面积占全国植棉面积的80％以上，到2010年我国自主培育的抗虫棉品种全面替代美国品种。我国棉花种业领域的高质量发展，与转基因抗虫棉的大范围推广应用密不可分[1]。抗除草剂：在植物中转入抗除草剂的基因，可以提高耕作效率。转化cp4epsps基因的耐草甘膦大豆，可将草甘膦转化为无毒副产品，施加草甘膦除草剂，减少杂草与植株争夺营养，保护作物的同时选择性地杀死杂草[2]。提高品质：除此之外，转基因技术还可以提高植物中的维生素和微量元素含量以及蛋白质品质，如将与β-胡萝卜素合成相关的基因转入水稻中培育的黄金大米，花青素含量显著上升的转基因柑橘，增加叶酸的谷物以及富含ω-3脂肪酸健康因子的转基因芥蓝籽等[3]。02植物转基因常用方法农杆菌如何介导植物遗传转化（图片来源于安比奇生物）农杆菌介导法：农杆菌Ti质粒具有将DNA整合到植物染色体上，并使之与植物内源基因同步表达的能力。将含有外源基因Ti质粒转入农杆菌，用注射器在植物的愈伤组织接种农杆菌菌液，在含有相应抗性的培养基上暗培养诱发毛状根。将从接种位点长出的毛状根剪成小段，使其脱分化形成愈伤组织，在培养基上可获得再生植株。基因枪转化法：基因枪法利用将外源DNA均匀地包裹金粉(0.2-2.0μm)，利用高压气体发射出微弹与DNA的复合体，击中靶细胞，穿透细胞壁和原生质体膜，实现外源基因在组织中的表达。基因枪法已成为继农杆菌介导法之后的第二大基因转化方法，常用于基因瞬时表达分析，外源基因转入细胞后整合或不整合到染色体上就可以表达，几小时之后至几天之内观察结果，无需诱导再生植株。聚乙二醇-介导法：聚乙二醇(PEG)介导法与PEG诱导原生质体融合的机理相似，不同的是后者发生在原生质体之间，而前者发生在原生质体与DNA之间。在高浓度的 Ca2+和高pH值的条件下，带负电的高分子PEG可能促进DNA向原生质体膜沉淀，或参与原生质体的内吞作用下，使外源DNA分子进入原生质体和细胞核，并整合到染色体上。PEG法是进行基因直接转移的普遍方法，成本低廉，效果稳定[4]。
转基因动物
转基因动物是将外源基因导入到早期的胚胎内，使之可以在动物染色体基因组内整合，其广泛的应用于疾病发病机制、基因功能﹑药物筛选、治疗效果评价等多个方面的研究。
03转基因动物的应用
动物转基因技术在基因治疗方面，往往以腺相关病毒（AAV）、慢病毒为载体，将目的基因输送到细胞质中或整合到基因组中，治疗一些因不能自主合成特定蛋白导致的病症，或者利用荧光蛋白GFP对病毒转运途径进行示踪。在基因治疗方面，科学家采用AAV载体携带RPE65基因，治疗RPE65双等位基因突变导致的遗传性视网膜疾病先天性黑朦症Ⅱ型。通过慢病毒载体，将功能性人源βA-T87Q-珠蛋白基因导入CD34+造血干祖细胞中，并回输患者体内，使患者的红细胞自主生成功能正常的β-珠蛋白，并产生足够的血红蛋白，治疗12岁以上非β0/β0基因型输血依赖型β-地中海贫血患者等[5]。在畜牧生产方面，研究人员尝试将线虫的Fat-1基因（Fat-1基因能将动物体内的ω-6多不饱和脂肪酸转变为ω-3多不饱和脂肪酸）转入猪体内，获得了含有ω-3多不饱和脂肪酸的转基因猪，很大程度提高猪肉的营养价值[6]。另外，通过转基因技术还可以生产“人源化牛奶”，将人的乳清白蛋白基因或人乳铁蛋白基因转入牛的基因组中，可获得含有人乳清白蛋白或人乳铁蛋白的牛奶。在动物抗病育种方面，通过培育抗病的转基因新品种，可以实现从源头上消灭动物疫病，如口蹄疫、猪瘟、猪繁殖与呼吸综合征（猪蓝耳病）、高致病性禽流感、疯牛病等动物传染病。将编码溶葡球菌酶的基因转入奶牛基因组可获得抗乳房炎的转基因牛；将人溶菌酶基因转入猪基因组，可以获得抗腹泻的转基因猪[7]。04动物转基因常用方法
主要有4类：①融合法，包括精子融合法，微细胞介导融合等。②化学法，包括DNA―磷酸钙沉淀法、DEAE―葡聚糖法、染色体介导法等。③物理法，包括显微注射法、电脉冲法、细胞冻存法等。④病毒感染法，包括重组DNA病毒感染、重组RNA病毒感染等。但真正成熟并可以稳定生产转基因动物的方法只有三种，即核显微注射DNA法、精子介导法和核移植法等基因转移方法。(1)核显微注射法：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。(2)精子介导的基因转移：精子介导的基因转移是经过处理，使精子携带外源基因。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。(3)核移植转基因法：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[8]。3为什么一定要发展转基因技术？
中国用大约7％的世界耕地，养活了超过20％的世界人口。化肥使用在过去几十年里发挥了重要的增产作用。但现在我国化肥的使用量已经达到4600多万吨，占世界的1/3，单位化肥使用量已经是世界平均水平的3.5倍，继续通过增加化肥使用来增加产量其空间是非常有限的，我们需要更好的作物品种来应对庞大的人口需求。培育良种的方法主要有选择育种（直接从一个品种群体中选择自然变异个体，培育成新品种），杂交育种（通过不同品种杂交和多代自交，在后代中选择具备双亲优良特性的品种），诱变育种（利用射线等物理因素或诱变剂等化学因素处理植物组织，人工创造遗传变异，从中选择所需要的突变类型），转基因育种（从一种生物中分离需要的目的基因，导入到另一物种中，培育新品种）。
图片来源于《农业部：我国为何要发展转基因技术》
通过转基因技术进行品种的遗传改良不但可以增加产量，改良品质，提高品种的抗病、抗虫和抗旱能力，还能培育适合机械化操作以及适合各种环境条件的品种，大幅度提高农业综合生产能力，确保农产品有效供给，显著减少农药用量，减少家畜养殖污染，提高水肥利用效率，改善农业生态环境，保障我国粮食安全，且明显降低农业生产成本，减轻农民劳动强度，大幅度提高种植业和养殖业的经济效益。可见，转基因技术的应用潜力是非常巨大的，必须发展，并布局抢占该领域和赛道[9]。参考文献
[1] 光明网《中国棉花史：抗虫棉的培育》
[2] 周波等. "抗草甘膦转基因大豆生物安全性综述." 作物杂志 2(2006):3.
[3] 亿农上品：转基因技术的原理是什么,在农业上的应用有哪些
[4] 赛思基因：遗传转化的基本知识（二）——常见转基因方法
[5] 王伟强博士：基因治疗、转基因、基因编辑，你想了解的都在这里了
[6] 李梦静. 定点整合Rosa26位点Fat-1转基因猪的制备. Diss. 吉林大学.
[7] 朱水芳. 转基因产品[M].北京:中国农业科学技术出版社,2017.
[8] 临床科研那些事：转基因技术专题—动物转基因技术简介
[9] 农业部：我国为何要发展转基因技术
原文链接：http://nynct.shaanxi.gov.cn/www/kpxc0525/20240428/9842149.html
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