现代分子生物技术在遗传育种中的应用

现代分子生物技术在遗传育种中的应用

基因工程技术在遗传育种中的应用

草业科学伊晨刚

分子生物学是从分子水平研究生命本质为目的的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。

现代生物技术是以生命科学为基础，利用生物（或生物组织、细胞及其他组成部分）的特性和功能，设计、构建具有预期性能的新物质或新品系，以及与工程原理相结合，加工生产产品或提供服务的综合性技术。这门技术内涵十分丰富，它涉及到：对生物的遗传基因进行改造或重组，并使重组基因在细胞内表达，产生人类需要的新物质的基因技术（如“克隆技术”）；从简单普通的原料出发，设计最佳路线，选择适当的酶，合成所需功能产品的生物分子工程技术：利用生物细胞大量加工、制造产品的生物生产技术（如发酵）；将生物分子与电子、光学或机械系统连接起来，并把生物分子捕获的信息放大、传递。转换成为光。电或机械信息的生物耦合技术；在纳米（即百万分之一毫米）尺度上研究生物大分子精细结构及其与功能的关系。并对其结构进行改造利用它们组装分子设备的纳米生物技术：模拟生物或生物系统。组织、器官功能结构的仿生技术等等。

分子生物技术作为现代生物技术的一个分支，目前在遗传育种中应用最多的就是基因工程技术。基因工程技术是实现基因工程目的的手段，其核心技术是DNA的重组技术，重组即利用供体生物的遗传物质或人工合成的基因，经过体外或离体的限制酶切割后与适当的载体连接起来形成重组DNA分子，然后在将重组DNA分子导入到受体细胞或受体生物构建转基因生物，该种生物就可以按人类事先设计好的蓝图表现出另外一种生物的某种性状。除DNA重组技术外，基因工程技术还应包括基因的表达技术，基因的突变技术，基因的导入技术等。

基因工程技术之所以在遗传育种中广泛是因为：（1）能打破物种之间的界限。在传统遗传育种的概念中，亲缘关系远一点的物种，要想杂交成功几乎是不可能的，更不用说动物与植物之间、细菌与动物之间、细菌与植物之间的杂交了。但基因工程技术却可越过交配屏障，使这一切有了实现的可能。（2）可以根据人们的意愿、目的，定向地改造生物遗传特性，甚至创造出地球上还不存在的新的生命物种。同时，这种技术对人类自身的进化过程也可能产生影响。（3）由于这种技术是直接在遗传物质核酸上动手术，因而创造新的生物类型的速度可以大大加快。这些特点，引起了世界科学家的极

大关注，短短几年内，基因工程研究便在许多国家发展起来，并取得一批成果，基因工程已成为20世纪最重要的技术成就之一。

目前基因工程技术在植物遗传育种中应用最多的主要有：

1.基因转化技术在植物遗传育种中的应用。转基因技术在植物育种中应用十分广泛，主要应用在抗病、虫害、抗除草剂、改良品质等方面，目前已经在小麦、玉米、水稻、大豆、花卉以及烟草等的育种上取得了显著的成果。

2.分子标记技术在植物遗传育种上的应用。分子标记技术主要有：限制性片段长度多态性（RFLP）、随机扩增多态DNA（RAPD）、扩增片段长度多态性（AFLP）、简单序列重复（SSR）、序列特异扩增区域（SCAR）、单链构象多态性（SSCP）、单核苷酸多态性（SNP）和数量可变串联重复（VNTR）等。分子标记直接以DNA形式表现，不受环境条件和发育阶段的影响，标记的数目多、多态性高。有许多分子标记表现为共显性，能提供完整的遗传信息。分子标记可用于分子图谱构建、基因定位、DNA指纹库建立、鉴定与标记（外源）染色体片段、遗传关系的研究、辅助育种等方面。

目前基因工程技术在动物遗传育种中应用最多的主要有：

1.转基因技术转基因技术是上世纪80年代初发展起来的，从这项技术产生的那天起，它就在改良畜禽生产性状、提高畜禽抗病力以及利用畜禽生产非常规畜牧产品等方面显示了广阔的应用前景（Purse等，1989）。到目前为止，动物育种的方法都是建立在利用种内变异基础上的，此其变异来源就很有限。转基因技术的应用打破了种间生殖隔离的天然屏障，使有种工作可以充分利用所有可能的遗传变异，从而极大地提高畜禽遗传改良的幅度。转基因技术是、细胞工程和胚胎工程的基础上发展起来的，利用转基因技术，近几年先后成功地培育出转基因猪、羊、牛、鸡、兔、鱼、鼠等多种转基因动物，在猪上，美国伊利诺斯大学研究出一种带牛生长激素的转基因猪，这种猪生长快、体大、饲料利用率高，将来可给养猪业带来丰厚的经济效益。

2.遗传标记在动物遗传育种中的应用采用各种不同的遗传标记研究畜禽的遗传结构和功能的内在联系，从而应用于畜禽数量性状的改良和抗逆种培育等方面。可以预测，在畜禽遗传育种中分子遗传标记将会起越来越重要的作用。采用分子遗传学手段，可以提高育种值估计的精确度，大大缩短育种年限，如控制鸡矮小型的一个位于染色体上的隐性基因，传统的遗传学方法要经过测交来判断其基因型，而应用分子遗传学手段就可以直接从小鸡的DNA指纹上判断其基因型，估测其可能的表型。

3 基因图谱的构建基因图谱的构建是遗传学研究的一个很重要的领域，动物基因图谱（animal gene maps）是动物基因组结构和功能研究以及QTL定位研究的基础，也是未来动物育种的主要依据和手段。构建基因图谱的意义在于了解控制生产性能、抗病力、抗应激反应力等诸多性状的基因的结构与功能；采用标记辅助选择或基因型选择法改良畜群讲研究不同动物种间基因组型及进化关系等。近几年来，DNA标记技术的发展和应用大大促进了基因图谱的构建，目前，牛、鸡和猪的中等分辨率的遗传连锁图谱均

已完成，其他动物基因图谱的构建也正在进行。构建基因图谱，目的在于建立完整的基因组上的遗传和物理图谱，充分认识基因，特别是有利性状基，更好地为遗传育种工作服务。

随着转基因技术、遗传标记、基因图谱的构建、染色体的原位杂交、胚胎于细胞、核移植、胚胎克隆、胚胎性别早期鉴定以及性别控制等技术的不断完善和运用，动物遗传育种中的许多问题将被揭示而展现在人们眼前，必将对畜牧业的发展产生巨大的推动作用。

综上所述可知，在未来的遗传育种领域，现代分子生物技术尤其是基因工程技术将成为核心技术，将被用于培育和改良更多能为人们生活服务的动植物品种。