分子生物学技术在反刍动物营养中的应用

第31卷第4期黄牛杂志VO1.31NO.4 2005年7月JOurnal Of yellOW Cattle Science Jul.2005文章编号:1001-9111(2005D04-0062-04

分子生物学技术在反刍动物营养中的应用

韩爱云黄仁录李建国

(河北农业大学动物科技学院河北保定071001D

摘要:本文对利用分子生物学技术改造或生产动物性营养物质;在分子水平上研究营养与基

因表达~调控的关系以从根本上阐明营养对机体的作用机制;利用基因工程技术开发饲料资源

等三个方面进行了综述O最后探讨了分子生物学在动物营养中的存在问题及应用前景O

关键词:分子生物学;基因表达;分子营养;微量元素

中图分类号:S813.3文献标识码:A

近几十年来随着分子生物学理论及实验技术在生命科学领域各学科的渗透及应用产生了许多新兴学科其中分子生物学原理和技术与动物营养学的有机结合产生了分子营养学O虽然分子营养学的提法颇有争议但动物营养的诸多方面研究确实已经进入到分子水平[1]O分子生物学技术在动物营养学中的应用主要包括:利用分子生物学技术改造或生产动物性营养物质;在分子水平上研究营养与基因表达~调控的关系以从根本上阐明营养对机体的作用机制;利用基因工程技术开发饲料资源等O 本文就以上三个方面进行简要介绍O

1利用分子生物技术改造或生产动物性营养物质

1.1促进动物生长

自Palmiter(1982D等获得超级巨鼠以后大大鼓舞了科学家利用转基因技术探索改良畜禽品种的热情O对家畜的转基因研究最早是向家畜体内导入生长激素(G~D基因人们以此期望提高家畜的生长速度改善饲料报酬O目前已有不同结构的G~基因序列已经在羊上进行了移植但还没有比金属硫蛋白启动子调控的G~基因序列更成功的O在金属硫蛋白基因启动子调控的G~基因中OMTSG~-10是在绵羊上应用的很有前景的一种结构形式O

Ward和BrOWn等报道OMTSG~-10转基因羊经历了3个繁殖周期动物的健康状况良好并且还发现转基因羊在4个月以后生长速度与对照组相比快15%~20%胴体瘦肉率也得到显著提高O

1.2改善畜产品质量

外源基因不仅能在转基因动物中得到整合和表达而且能获得组织特异性(乳腺组织D和发育特异性表达O因此只要转入相关的基因不仅可以提高产乳~肉~皮~毛等畜产品的产量而且也可以改变畜产品的质量这是常规育种和突变方法所不能完成的O 1.2.1改善产乳性状外源基因在乳腺中的表达可改变乳汁的成分它的应用有两个方面:一是提高乳汁的营养价值如导入乳铁蛋白基因提高乳铁蛋白在乳中的含量弥补牛奶中铁含量的相对不足;导入溶菌酶基因可以降低乳中细菌的含量O英国培育出一只转基因绵羊其乳中含人G

1-

抗凝蛋白酶含量高达30mg/mL O对于乳用家畜天然乳汁中的溶菌酶水平较低可能是导致乳房炎高发病率的主要原因而人乳中溶菌酶含量比牛~绵羊和山羊乳中含量高出1500~4000倍O Murray等将人乳溶菌酶基因导入小鼠获得了有活性的乳腺专一性表达通过这一途径有可能实现对乳用家畜乳用成分的改良乳汁成份中溶菌酶含量的提高不仅可以减少乳畜乳房炎的发生还能延长奶的保鲜期O另外研究证明牛奶常使人感染结核杆菌而马乳脂具有抗牛型结核杆菌的作用肉用马乳腺细胞基因改造牛奶品质即可起到治疗结核病的作用O二是生产药用蛋白[2 3]O胰岛素牛奶~生长激素山羊奶可治疗血友病的凝血因子IX的山羊奶以及带有疟疾裂殖体表面蛋白(MSP-1D的疫苗山羊奶均已取得成功O

收稿日期:2004-08-02

作者简介:韩爱云(1981-D女河北石家庄人河北农业大学在读硕士研究生研究方向为动物营养与饲料科学O

1998年10月我国上海医学遗传所与复旦大学合作由曾溢滔~黄淑帧[4]教授主持成功培育出5只<3只公2只母)有目的基因<人凝血因子IX)整合的转基因羊其中一只母羊已于1997年9月产羔开始泌乳其乳汁中有活性凝血因子IX表达可治疗血友病,

1.2.2改善肉质许多研究都已证实G 具有明显抑制脂肪生成的作用而且还有一定的催乳特性转有G 基因的家畜体脂减少瘦肉率明显提高,肌肉抑制素基因与双肌动物肌肉抑制素

1.2.3提高产毛性能通过一定的导入途径将

G 基因导入产毛家畜可提高产毛家畜的生长速度并增大其体型进而提高产毛量,除此之外还可以导入一些与产毛性能有关的基因如半胱氨酸是羊毛合成的限制性氨基酸由于半胱氨酸在羊瘤胃内降解故在饲料中添加半胱氨酸并不能提高其在血清中的水平,如果羊自身能合成半胱氨酸将会提高羊毛产量,Ward等将大肠杆菌中编码丝氨酸转乙酰酶

毛这无疑对羊毛生产及纺织业带来巨大影响,

1.1.3动物生物反应器动物生物反应器

可供人类疾病治疗和保健使用的药用蛋白的生物高

技术,1991年,Wright等人在羊的乳房中成功地表达了人抗胰蛋白酶基因

研究的兴奋点转向乳房生物反应器大量的风险资

金也投向开发动物乳房生物反应器目前全球有20多家公司在利用动物乳房生物反应器技术进行产业化开发

1.1.4其它加拿大的科学家利用将蜘蛛的基因注入一只特殊培育的褐色山羊体内后使山羊产下

的羊奶变成了含有比钢铁强度高10倍~但却保持柔韧特性的物质,科学家们给这种物质起了一个名字叫生物钢,它比医学上用于手术的手术线还要坚固~柔韧许多同时生物钢还可用于导弹防御和航空航天[6],

2日粮营养与基因表达~调控的关系

机体从受孕~细胞分裂~分化到生长发育从健康状态~疾病状态到死亡等一切生命现象无一不是对基因表达调控的结果,而环境因素尤其是营养或营养素对基因表达会产生直接或间接作用从而对上述生命现象产生重要影响,从精子与卵细胞结合的一刹那就决定了一个个体的遗传学命运,营养素虽然在短时间内不能改变这种遗传学命运但可通过营养素修饰这些基因的表达从而改变这些遗传学命运出现的时间进程,目前从分子水平研究日粮营养对动物代谢调控的研究多集中在日粮营养与基因表达调控的关系它表现在以下两个方面:一是养分摄入量和种类影响基因表达及蛋白质的合成;二是基因表达结果影响养分代谢途径和代谢效率并决定动物需要量,以下主要从第一方面进行简要介绍,

2.1营养对基因表达调控的方式及途径

基因表达是指编码某种蛋白质的基因从转录~

mRNA的加工与成熟~RNA的翻译~蛋白质的加工到活性<功能)蛋白质的形成的过程

1994),基因表达受到严格的调控这些调控包括转

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