第12章龚雄 转基因动物生物反应器

1 基因改良动物
抗病育种
提高生长速度
提高羊毛产量和性能
抗冻品种培育
美培育转基因鳟鱼：腹肌有6块,肉多15%
2 转基因动物生物反应器
如荷兰的GenPharm公
司用转基因牛生产乳铁
蛋白，预计每年从牛奶
生产出来营养奶粉的销
售额是50亿美元。
携带人血清白蛋白基因的转基因 试管牛“滔滔”
3 精子载体导入法
• 精子载体导入法是一种直接用精子作为外 源DNA载体的转移方法。 • 基本方法是：精子直接与外源DNA混合培养， 外源基因可以进入精子头部，受精后就可 以发育成转基因动物。
1989 年, Lavitrano等将质粒与小鼠的附睾精子，在 等渗溶液中共育30 min 后进行体外受精和移植产生 转基因阳性小鼠并能遗传给后代。 Rottman 等对上述精子载体法进行了改进，其将外源 DNA 用脂质体包埋，再与鸡精子共同孵育，然后人工 受精取得成功。 Anthony等尝试了一种新的方法， 预先将小鼠的精子 进行破膜处理，再与外源基因共孵育1 min ，然后将 精子头部显微注射入M Ⅱ期的小鼠卵母细胞，获得成 功。该项研究揭示，精子膜破损后外源DNA 穿过外膜 吸附于内膜,更有利于转基因动物的产生。
基因敲入(gene knockin)：定向替代
基因打靶的研究意义
基因功能研究 人类疾病动物模型的研制 经济动物遗传物质的改良
肌肉生长抑制素基因 Myostatin基因敲除
• Myostatin基因是一种特异性骨骼肌生长发 育的抑制因子。该基因与动物骨骼肌总量的 调节有关，其序列在进化过程中高度保守， 所有哺乳动物和鸟类均有很高的同源性。 Myostatin基因在功能上也是非常保守的， 其功能的缺失会造成可导致肌肉异常肥大。
获得功能基因
构建基因打靶载体
转染胚胎干细胞获得基因剔除细胞系 制备嵌合体 筛选进入生殖系小鼠 转基因小鼠（F1）表型分析 选择单系同胞交配产生（F2）代 筛选纯合子的转基因小鼠
胚胎干细胞法建立转基因鼠的实验程序
与传统育种方法相比较，ES细胞在生产转基 因动物方面表现其独特的优势：
（1）打破了物种的界限，突破了亲缘关系的限制，加快 了动物群体遗传变异程度；
疾病模型 老年性痴呆征 Ⅱ型糖尿病 β地中海贫血症 镰刀形细胞贫血症 基因转移方法 显微注射 显微注射 显微注射 显微注射 转导的基因 β淀粉样蛋白基因 胰岛淀粉样多肽基因 人β珠蛋白基因 人α和β珠蛋白基因 ______________________________________________________
1.原核期胚胎显微注射法 2.胚胎干细胞移植法 3.精子载体导入法 4.反转录病毒感染法 5.卵母细胞显微注射法 6.转基因克隆动物
1 原核期胚胎显微注射法
Microinjection into the Pronucleus of a Bovine Zygote
受精卵
显 微 注 射 法 操 作 流 程
左图为德国“娃娃超人”未满月时的照片，右图为 他7个月时的照片。白色和黑色的箭头指示着他超凡 的小腿和大腿肌肉
比利时蓝牛肌肉增加表型
皮埃蒙特牛肌肉增加表型
双肌
Myostatin基因敲除“超级鼠”
转基因的其他应用
美国公司研制出可当宠物出售的 转基因荧光鱼
梦幻之畜——转基因动物
•
小老鼠猕猴桃绿色血
人们对于转基因的担忧
伦理问题
未来登上《时代》周刊的全球 三大杰出女性
结语
转基因动物已经离我们很近了，其
表达产物中可能存在引起人类不良反
应的非人类蛋白，但是目前还无法确 定其安全性。为此，只能依靠科学家 们的不懈努力来给出我们肯定的答案。
• 我国每年有150万人需要器官移植，但是 仅仅不到1万人能够得到供体。 • 猪的脏器移植给人，会发生超急性排斥反 应。 • 转基因技术生产能降低或掩盖半乳糖基转 移酶活性的转基因猪。
Science (2002). 295, 1089–1092
5 基因治疗
上世纪九十年代初，一位因ADA(腺苷
酸脱氨酶 ) 基因缺陷导致严重免疫缺
显微注射
胚胎移植
后定检测
显微注射法的优缺点：
优点： a、转移率较高、整合效率达20%； b、外源基因长度可达数百Kb； c、可得纯系动物； d、周期相对较短。 缺点： a 、有时会导致转基因动物的基因 组的重排、易位、缺失或定点突变。
2 胚胎干细胞法
胚胎干细胞（ES）是一种含正常二倍染色体的具有 发育全能性的细胞， 因此只要将外源DNA导入胚胎 干细胞就可以实现基因的转移。
唐氏综源自文库症
卡氏肉瘤 成骨不全症 自毁容貌症
显微注射
反转录病毒转染 显微注射 ES细胞同源重组
Cu/Zn-SOD酶基因
HIV tat基因 突变的α1胶原蛋白前体基因 突变HGPRT基因
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4 生产可移植用的动物器官
损的四岁女孩，由美国国立卫生研究 院用 ADA 基因治愈。“基因治疗”研 究热从此波及全世界，起而效颦，为 保障人类健康展现了美好的前景 。
6 基因打靶
• 基因打靶(Gene targeting)是一种在胚胎干 细胞(ES)技术和同源重组技术的基础之上,定 向改变生物活体遗传信息的实验手段。
基因敲除(gene knockout)：定向敲除
精子与外源DNA结合的机理
• Smdrdora(1998) 的研究结果表明。只有附 睾精子和经洗涤去精清的精子才能有效地 携带外源DNA，这说明精浆中某种因子强烈 抑制外源DNA的结合。这些因子可能直接作 用于DNA分子，也可能竞争结合在精子表面 的结合部位而间接起作用。
三 转基因动物的应用
• • • • • • 1.基因改良动物； 2.转基因动物生物反应器； 3.建立人类疾病的动物模型； 4.生产可移植用的动物器官； 5.基因治疗(动物模型)； 6.基因打靶;
• 著名科学家谈家桢院士（左）、著名老中医徐蔚霖教授与 曾溢滔院士在转基因牛“滔滔”模型前留影
• 曾溢滔院士与世界克隆羊“多利”之父威尔穆特博 士进行学术交流
3 建立人类疾病的动物模型
已建立的部分人类疾病的转基因动物模型
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1974年，Jaenish和Mintz把SV40病毒注射到小鼠胚胎， 获得了SV40 DNA转基因小鼠；
1980年，Gordon等人首先育成带有人胸苷激酶基因的
转基因小鼠； 1983年,Palmiter等人将大鼠生长激素基因导入小鼠受 精卵的雄原核中获得了转基因“硕鼠”（supermouse）
二 转基因动物的制备方法
第12章 转基因动物
会飞的小狗
进行光合作用的蜻蜓
汇报人：龚雄
生命科学学院1103班
目录
一 转基因动物 二 转基因动物的制备方法 三 转基因动物的应用
四 转基因动物存在的问题
一 转基因动物
基因工程技术 胚胎工程技术
转基因动物
• 转基因动物（transgenic animal） 是指借 助基因工程技术将外源基因导入受体动物染 色体内，外源基因与动物基因整合后随细胞 的分裂而扩增，在体内表达并能稳定地遗传 给后代的动物。
转基因花菜棉羊
鸡冠花公鸡头变异
四 转基因动物存在的问题
• 1.外源基因表达效率低和遗传丢失； • 2.转基因技术尚不成熟；
• 3.转基因动物成活率低及其后遗症；
• 4.转基因动物及其产品的安全性问题；
转基因离我们有多远？
富含维他命A 的黄金大米
餐桌上的转基因鱼
转基因大米养殖出的猪肉
（2）可以进行定向变异和育种，利用同源重组技术对 ES细胞进行遗传操作，通过细胞核移植生产遗传修饰 性动物，有可能创造新的物种；
（3）利用ES细胞技术，可在细胞水平对胚胎进行早期 选择，这样可以提高选择的准确性，缩短育种时间。 近年来的研究表明，利用ES细胞生产转基因动物在动 物生产中发挥着极为重要的作用。