轉基因技術的發(fā)展及其在轉基因動植物的應用
轉基因技術的發(fā)展
自從人類學會蓄養(yǎng)動物、耕作植物以來，我們的祖先就從未停止過對物種的遺傳改良。過去的幾千年里改良物種的主要方式：針對自然環(huán)境造成的突變或無意的人為因素所產(chǎn)生的優(yōu)良基因和重組個體進行選育和利用，從而通過隨機和自然的積累優(yōu)化基因。然而這種極低幾率且無人類控制性的被動模式大大阻礙了農業(yè)的發(fā)展，迫切地需要一門新興科學。自遺傳學創(chuàng)立后改觀了這一境遇，動植物育種采用人工雜交的方法進行優(yōu)良基因的重組和外源基因的導入，從而實現(xiàn)遺傳改良。
因此，轉基因技術與傳統(tǒng)技術在本質上都是通過獲得優(yōu)良基因進行遺傳改良。但在基因轉移的范圍和效率上，轉基因技術與傳統(tǒng)育種技術區(qū)別于兩點：首先，傳統(tǒng)技術一般只能在生物種內個體間實現(xiàn)基因的轉移，而轉基因技術所轉移的基因則不受生物體間親緣關系的限制；第二，傳統(tǒng)的雜交和選擇技術一般是在生物個體水平上進行，操作對象是整個基因組，所轉移的是大量的基因，不可能準確地定位于某個基因進行操作和選擇，對后代的表型預見性較差。而轉基因技術所操作和轉移的是經(jīng)過明確定義的基因，功能清楚，可準確預測后代。故轉基因技術是對傳統(tǒng)技術的發(fā)展和補充，兩者的結合可以極大地提高動植物品種改良的效率。
在轉基因發(fā)展的過程中，從早期單純進行科研研究拓展到目前研究和應用齊頭并進，生物學科與其他領域的交叉有著不可忽略的重要作用，如生物物理產(chǎn)生的顯微鏡技術，以及日益發(fā)展的電穿孔技術，極大地促進了科研走向應用。
在當今轉基因領域中電穿孔技術的應用范圍最廣，早在1982年Neumann.E將外源DNA在電場條件下導入小鼠真核細胞[1]，從而實現(xiàn)了基因重組和外源基因的功能研究。隨之這一技術得到了廣泛的運用，如細菌、酵母、植物和動物細胞的體外應用如Simon, J. R[2]；以及器官植入、皮膚損傷修復的電化學療法、疫苗的注射等體內體外臨床應用，如S.Tollefsen, et al[3]；小分子或大分子物質功能性研究；研制轉基因動物、轉基因植物新品種等，本文下文就將特別介紹轉基因動植物的應用。
電穿孔技術主要包括電轉染和電融合：電轉染是利用脈沖電場將外源DNA導入細胞中，當細胞處于高壓電場時，瞬時電脈沖可將細胞膜穿孔產(chǎn)生可逆性孔徑，從而DNA進入細胞與染色體整合；電融合是利用高強度的電場脈沖，引起相鄰的細胞融合。
電穿孔技術的簡單原理與應用如下圖：
圖1：電穿孔前后細胞質膜的變化示意圖
圖2：電穿孔原理和應用示意圖
轉基因動物
1981年，第一次成功地將外源基因導入動物胚胎，創(chuàng)立了轉基因動物技術。1982年獲得轉基因小鼠，轉入大鼠的生長激素基因，使小鼠體重為正常個體的二倍，因而被稱為“超級小鼠”，這些開拓了轉基因克隆動物–無性生殖技術。1997年英國I. Wilmut等，用綿羊乳腺細胞的細胞核移植到去細胞核的卵細胞中，成功得到了克隆羊“多莉”，證實了高等哺乳動物也可以突破有性生殖繁殖后代。
核顯微注射法則是動物轉基因技術中早期最常用的方法。它是在顯微鏡下將外源基因注射到受精卵細胞的原核內，注射的外源基因與胚胎基因組融合，然后進行體外培養(yǎng)，最后移植到受體母畜子宮內發(fā)育，這樣分娩的動物體內的每一個細胞都含有新的DNA片段。然而這種方法的缺點是效率較低、位置效應(外源基因插入位點隨機性)造成的表達結果的不確定性、動物利用率低等，在反芻動物還存在著繁殖周期長，有較強的時間限制、需要大量的供體和受體動物等特點。
體細胞核移植是近些年來新出現(xiàn)的一種轉基因技術。該方法是先把外源基因與供體細胞在培養(yǎng)基中培養(yǎng)，使外源基因整合到供體細胞上，然后將供體細胞細胞核移植到受體細胞——去核卵母細胞，構成重建胚，再把其移植到假孕母體，待其妊娠、分娩，便可得到轉基因的克隆動物。在這一技術中，外源基因的穩(wěn)定表達和重建胚的良好發(fā)育是關鍵因素，則選擇合適的基因轉染方式和細胞融合方式就顯得尤為重要。
與傳統(tǒng)的方法相比，電穿孔具有很多優(yōu)點。首先，不必像顯微注射那樣使用玻璃針，不需要技術培訓和昂貴的設備，可以一次對成百萬的細胞進行注射。第二，與用化學物質相比，電穿孔幾乎沒有生物或化學副作用。第三，因為電穿孔是一種物理方法，較少依賴細胞類型，因而應用廣泛。實際上，對大多數(shù)細胞類型，用電穿孔法基因的轉移效率比化學方法高得多。已有多篇科研文獻證實了電穿孔技術在轉基因研究和臨床研究上的作用，如Diego Laderach, et al[4]使用BTX ECM830以方波波形電擊DC細胞，轉染siRNA研究體內定位基因的功能，類似這種用以研究某基因的方法已相當成熟；以及Annelies E.P, et al[5]運用BTX ECM2001交流電排列細胞和直流電進行電擊達到了目的基因的穩(wěn)定表達和胚胎細胞的良好融合，最終得到轉基因牛，等等。而BTX ECM2001細胞電融合&電穿孔儀已被美國權威實驗室冷泉港列入標準實驗操作程序。
轉基因動物可以建立多種疾病的動物模型，進而研究這些疾病的發(fā)病機理及治療方法，而電穿孔技術的應用可以針對性地制備抗性藥物；以及通過與化學學科的交叉，利用電化學療法注射抗癌藥以治療皮膚型腫瘤疾病。轉基因動物技術配合電穿孔技術還可以改造動物的基因組，使家畜、家禽的經(jīng)濟性狀改良更加有效，如使生長速度加快、瘦肉率提高，肉質改善，飼料利用率提高，抗病力增強等。對于動物遺傳資源保護的意義更加深遠，對挽救瀕危物種是必不可少的。
轉基因植物
近些年來，面對全球環(huán)境劇變所引發(fā)的諸多農業(yè)問題，如耕地面積減少、空氣質量下降等造成早期改良品種的方法已不合時宜，迫使轉基因技術充分考慮各種因素，以達到人口不斷增加對植物包括糧食及其他食品的需求�；蚬こ虘眉夹g之一的基因重組，可用于不同生物遺傳物質進行體外人工剪切、組合、拼接，使遺傳物質重新組合，然后，通過載體，如微生物、病毒等轉入微生物或細胞內，進行"無性繁殖"，并使所需基因在細胞內表達出來，產(chǎn)生人類所需的物質或創(chuàng)造新的物種。
近年來，國外已出現(xiàn)了一些"轉基因作物"，如抗腐爛西紅柿、抗除草劑棉花、抗病毒黃瓜和馬鈴薯，以及抗蟲玉米等。這些都是運用轉基因技術將目標基因轉入受體植物體內，可用電轉染方法、基因槍或者是傳統(tǒng)的農桿菌侵染等�；驑尫椒ǖ男瘦^高但是價格昂貴；傳統(tǒng)的農桿菌侵染易污染且效率低，外界不確定因素較多；相比較，大多數(shù)研究使用電轉染方法獲得轉基因植物，如在James Saunders等利用BTX630電轉儀得到轉基因大豆[6]。
轉基因植物可通過原生質體融合獲得，有可能改變植物的某些遺傳特性，不僅可以改良作物特性，還可培育高產(chǎn)、優(yōu)質、抗病毒、抗蟲、抗寒、抗旱、抗?jié)场⒖果}堿、抗除草劑等的作物新品種。而且可用轉基因植物或離體培養(yǎng)的細胞，來生產(chǎn)外源基因的表達產(chǎn)物，如人的生長素、胰島素、干擾素、白介素2、表皮生長因子、乙型肝炎疫苗等已在轉基因植物中得到表達。
結束語：
轉基因技術的不斷發(fā)展極大地促進了轉基因領域的理論研究和實際應用，特別是極大推動了轉基因動植物新品種的培育。而我國已啟動了“轉基因生物新品種培育”科技重大專項，隨著這些科研成果轉化為生產(chǎn)力，必將大大促進中國社會經(jīng)濟的發(fā)展。
參考文獻：
【1】Neumann, E., Schaefer-Ridder, et al. Gene transfer into mouse lyoma cells by electroporation in high electric fields. EMBO J,1982;1:841–845.
【2】Simon, J. R. Transformation of intact yeast cells by electroporation. Methods Enzymol,1993;217: 478–483.
【3】S.Tollefsen, et al.DNA injection in combination with electroporation: a novel method for vaccination of farmed ruminants. Scandinavian journal of immunology,2002;57：229-238.
【4】Diego Laderach, et al.RNA Interference Shows Critical Requirement for NF-kβ p50 in the production of IL-12 by Human Dendritic cells.The Journal of Immunolgy,2003;1750-1757.
【5】Annelies E.P,et al.Nuclear Transfer and Electrofusion in Bovine In Vitro-Matured/In Vitro-Fertilized Embryos: Effect of Media and Electrical Fusion Parameters.Molecular Reproduction,1993;36:307-312.
【6】James Saunders,et al.Rapid optimization of Electroporation Conditions for Plant Cells,Protoplasts and Pollen.Molecular Biotechnology,1995;3:181-190.
參考網(wǎng)站：
http://www.btxonline.com
有大量轉基因應用實驗程序和文獻可下載
