转基因动物育种研究的现状与趋势

转基因动物育种研究的现状与趋势

刘岩;童佳;张然;汤波;彭云乾;王淑辉;李宁

【摘要】@@ 20世纪80年代以来发展的转基因动物技术是指将已知的外源基因导入动物细胞并稳定整合到基因组中,使其得以表达的技术.转基因动物育种是指通过转基因的手段,从分子水平对动物进行改良,以期得到目标性状.1997年,克隆羊Dolly的诞生[1],开创了哺乳动物体细胞核移植技术的先河,随后,乳腺中表达人凝血因子IX的转基因克隆羊Polly培育成功[2].

【期刊名称】《中国医药生物技术》

【年(卷),期】2009(004)005

【总页数】6页(P329-334)

【作者】刘岩;童佳;张然;汤波;彭云乾;王淑辉;李宁

【作者单位】100193,北京,中国农业大学农业生物技术国家重点实验室;100193,北京,中国农业科学院北京畜牧兽医研究所;100193,北京,中国农业大学农业生物技术国家重点实验室;100193,北京,中国农业大学农业生物技术国家重点实验室;100193,北京,中国农业大学农业生物技术国家重点实验室;100193,北京,中国农业大学农业生物技术国家重点实验室;100193,北京,中国农业大学动物科技学院;100193,北京,中国农业大学农业生物技术国家重点实验室

【正文语种】中文

【中图分类】R3

20 世纪 80 年代以来发展的转基因动物技术是指将已知的外源基因导入动物细胞

并稳定整合到基因组中，使其得以表达的技术。转基因动物育种是指通过转基因的手段，从分子水平对动物进行改良，以期得到目标性状。1997 年，克隆羊 Dolly

的诞生[1]，开创了哺乳动物体细胞核移植技术的先河，随后，乳腺中表达人凝血

因子 IX 的转基因克隆羊 Polly 培育成功[2]。2005 年抗乳房炎转基因牛的诞生[3]，2006 年多不饱和脂肪酸转基因克隆猪的培育成功[4]，标志着转基因动物育种进入了新的发展历程。2009 年生产高比例的抗原特异性人源抗体的转染色体牛的出生[5]，是转基因动物生产药用蛋白的又一个里程碑。转基因动物技术自从诞生以来

就在改良家畜生产性状、提高家畜抗病力以及生产非常规畜牧产品（如人药用蛋白和工业用酶）等方面显示了广阔的应用前景。随着基因工程技术的不断发展，转基因动物技术将会不断得到完善，从而在未来的动物育种中将发挥巨大的作用。

1.1 逆转录病毒载体法

逆转录病毒法是最早用于生产转基因动物的方法，由于转染过程中不能准确控制整合时间，得到的转基因动物大都是嵌合体，所以没有得到更深入的发展。1974 年Jaenisch 和 Mintz[6]将SV40DNA 注入小鼠囊胚腔中，发现获得的小鼠肝、肾组织中有 SV40DNA 整合。此后，Jaenisch 等成功地用逆转录病毒法获得了转基因小鼠。随后，转基因鸡[7]和牛[8]也相继产生。

1.2 显微注射法

显微注射法是指通过显微操作仪把外源基因直接注入到动物的受精卵中，被注入的外源片段随机整合到受精卵的染色体上，受精卵发育成转基因动物，这种方法是1980 年 Gordon 等完善的。1982 年，Palmiter 等[9]首次利用显微注射的方法

将大鼠的生长激素基因片段导入到小鼠受精卵中，获得了转基因“超级鼠”。目前，这种方法被普遍采用，并且是在 Gordon 方法的基础上做了一定的改进，利用这

种技术已经产生了转基因兔、绵羊、猪、牛、鱼和鸡。

1.3 精子介导载体法

大多数物种的精子都有一定的摄取外源 DNA的能力，可以通过受精过程把外源基因导入到受精卵中。精子介导载体法获得转基因动物的效率能达到 30% 左右。1989 年，意大利的 Lavitrano等[10]通过精子介导成功获得转氯霉素乙酰转移酶

基因（CAT）的转基因小鼠。

1.4 转基因克隆技术

体细胞克隆是将分化的体细胞核导入去核的卵母细胞中，并重新发育成个体的过程。体细胞核移植技术的建立，宣告了动物分化的体细胞可以被逆转为全能型的胚胎，并发育成完整的动物个体。转基因克隆技术是以体细胞核移植技术及细胞转染技术为基础，将外源基因导入到体细胞核内，再以此转基因细胞为核供体进行动物克隆的方法。体细胞核移植技术使得大批量的生产相同遗传背景的动物成为可能，在很大程度上提高了转基因动物生产的效率和稳定性，为培育大规模的有育种价值的群体提供了技术条件。

1.5 慢病毒载体技术

慢病毒载体技术是一种高效的转基因动物制备技术，其转染效率可达 60% 以上。2003 年，Clark 等利用慢病毒载体制备转基因动物的效率可达 80% ～ 100%，生产1 只转基因绵羊只需5 只受体母羊，而传统的纤维注射法则需70 只受体母羊。目前的转基因鸡生产也主要采用慢病毒载体技术。

1.6 基因打靶技术

基因打靶技术包括去除致病或不利基因座位的基因敲除技术，以及将目的基因定点整合到基因组特定位点的基因敲入技术。2000 年，McGreath等[11]首次应用基

因打靶技术，用人的基因替换了羊的基因，生产了转基因克隆羊，证实了基因打靶技术可用于生产转基因家畜。2002 年及 2003 年，Lai 等[12]和 Sendai 等[13]利用基因敲除的方法分别获得了α-1，3 半乳糖苷转移酶基因灭活的转基因猪和转基

因牛。

1.7 胚胎干细胞法

胚胎干细胞（ES cell）是高度未分化的全能干细胞，通过人工培养和定向诱导，

可分化为多种组织细胞。将外源基因导入 ES 细胞后进行必要的筛选，筛选出的细胞转移到原肠时期的胚胎中便会得到带有目的基因的嵌合体动物，再通过杂交的方法得到一个品系。目前这种方法仅用于转基因小鼠的基础研究。

1982 年，Palmiter 等[9]用显微注射法首次将大鼠的生长激素基因（rGH）导入

到小鼠基因组中并成功表达，获得了体重为正常小鼠两倍以上的“硕鼠”。这一实验的成功揭开了转基因动物研究的序幕，此后转基因动物研究发展迅速，短短二十几年间，人们相继获得了转基因兔、猪、羊、牛、鱼和鸡，并成功培育出了一些肉质优良、快速生长、具有抗病性以及生产生物材料的转基因家畜。1987年以后，各类转基因动物研究的文献发表数量逐年增长，1996 年以后趋于平稳，其中关于转基因鱼的文献发表数量增长较快。专利发表数量在 2003年达到高峰。文献和专利发表数量见图 1。

2.1 改良生产性状

随着生活水平的提高，人们对肉、奶等食品的需求不仅是色、香、味，更是营养价值的全面提高。转基因技术在改良家畜的肉质、产奶、产毛等经济性状具有不可替代的优势。

2.1.1 提高动物生长率 1985 年，Hammer 等[14]首次利用显微注射技术将人的生长激素基因导入猪受精卵中，获得一头转基因猪，与同窝非转基因猪比较，生长速度显著提高，饲料利用率提高 17%，胴体脂肪率明显降低；1989 年，Pursel 等[15]把牛的生长激素基因转入猪体内，获得 2 个猪的家系，其生长速度提高

11% ～ 14%，饲料转化率提高16% ～ 18%；使用类胰岛素生长因子 I（IGF-1）构建转基因猪也可以加快猪的生长速度，Pursel 等[15]又把IGF-1 基因转入猪中，