專題 2-生物技術(shù)的發(fā)展

第二章生物技術(shù)的發(fā)展第一節(jié)轉(zhuǎn)基因植物的發(fā)展第二節(jié)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究進(jìn)展第三節(jié)轉(zhuǎn)基因微生物研究進(jìn)展第四節(jié)基因工程疫苗第一節(jié)轉(zhuǎn)基因植物的發(fā)展研究成功的轉(zhuǎn)基因植物超過35科120種糧食作物、蔬菜、水果和林木抗除草劑、抗蟲、抗病、抗逆、品質(zhì)改良、發(fā)育調(diào)控、藥物生產(chǎn)。1983年含有抗生素抗性基因的轉(zhuǎn)基因煙草轉(zhuǎn)基因作物發(fā)展現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用國(guó)際服務(wù)組織（ISAAA）2011年全球共有29個(gè)國(guó)家的1670萬名農(nóng)民種植了1.6億公頃的轉(zhuǎn)基因作物，占全球耕地的10％。這面積相當(dāng)于中國(guó)可耕地面積的1.3倍，約等于美國(guó)的可耕地面積。2008年，抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆、玉米、油菜和紫苜蓿的種植面積占全部種植面積的63%。大豆，6580萬hm2，占總面積53%玉米，3730萬hm2，占總面積30%棉花，1550萬hm2，占總面積12%油菜，590萬hm2，占總面積5%轉(zhuǎn)基因林木發(fā)展現(xiàn)狀轉(zhuǎn)基因抗蟲林木抗蟲基因類型：蘇云金芽孢桿菌毒蛋白（Bt）基因、蛋白酶抑制劑（Pi）基因、外源凝集素（lectin）基因和昆蟲神經(jīng)毒素基因。20世紀(jì)90年代初，轉(zhuǎn)Bt基因歐洲黑楊植株研制成功，表現(xiàn)出殺蟲性。轉(zhuǎn)基因植物能有效地控制林分的蟲口密度，使非轉(zhuǎn)基因植株在某種程度上得到轉(zhuǎn)基因植株的保護(hù)。雙價(jià)轉(zhuǎn)基因楊樹的研究Bt基因和蛋白酶抑制劑（API）基因毛白楊抗病轉(zhuǎn)基因林木1986年美國(guó)首次獲得了抗病轉(zhuǎn)基因植株。編碼植物病毒的外殼蛋白基因植物細(xì)胞積累病毒外殼蛋白抑制侵染病毒的復(fù)制減輕病毒癥狀或推遲發(fā)生時(shí)間楊樹花葉病毒(PMV)------楊樹楊李痘病毒(PPV)----------杏兔np-1基因------------------毛白楊轉(zhuǎn)基因調(diào)控生殖發(fā)育DT-A基因銀灰楊×大齒楊雄性不育擬南芥LEAFY基因歐洲山楊×美洲山楊花期提前轉(zhuǎn)基因抗逆林木（相對(duì)薄弱）臭氧脅迫----抗氧化劑----超氧化物歧化酶(SOD)/谷胱甘肽(GSH)----抗逆效果鹽漬化沙漠化----耐鹽性----Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因----耐鹽性提高木材特性香豆酸CoA連接酶基因美洲山楊木質(zhì)素減少45%纖維素增加15%葉、莖、根生長(zhǎng)加快GS基因楊樹谷氨酰胺合成增加可溶性蛋白增加葉綠素含量增加COMT基因歐洲山楊×美洲山楊木質(zhì)素含量下降木質(zhì)素結(jié)構(gòu)改變纖維素含量增加第二節(jié)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究進(jìn)展動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)是通過現(xiàn)代生物學(xué)手段將外源DNA導(dǎo)入動(dòng)物的基因組，進(jìn)而影響其基因型和表現(xiàn)型的一類技術(shù)。主要技術(shù)手段包括重組DNA技術(shù)和胚胎生物技術(shù)。1971年利用精子將外源DNA轉(zhuǎn)入兔卵母細(xì)胞。1982年將大鼠生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫芫?。?dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)顯微注射、病毒轉(zhuǎn)染、電脈沖法和胚胎干細(xì)胞等一系列技術(shù)。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的應(yīng)用在基礎(chǔ)生物學(xué)研究中，用于研究真核細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)調(diào)控以及個(gè)體發(fā)育的分子調(diào)控規(guī)律；在生產(chǎn)中，可以提高動(dòng)物產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量；在動(dòng)物抗病育種中，可以提高動(dòng)物對(duì)疾病的抵抗力；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可以生產(chǎn)用于人體器官移植的動(dòng)物器官。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物用于基因功能的基礎(chǔ)生物學(xué)研究獲得基因敲除轉(zhuǎn)基因小鼠800余種，用于研究基因的功能。在未來時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究不會(huì)局限于生產(chǎn)某一種對(duì)農(nóng)業(yè)或醫(yī)學(xué)有重大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的動(dòng)物品系或品種，越來越大的研究將針對(duì)生物學(xué)本身。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用建立診斷和治療人類疾病的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型動(dòng)物學(xué)家通過精準(zhǔn)地失活某些基因或增強(qiáng)某些基因的表達(dá)來制作各種各樣的研究人類疾病的動(dòng)物模型。全世界已經(jīng)建立了30多種人類遺傳疾病的鼠模型，如AIDS、老年性癡呆、原發(fā)性高血壓、糖尿病、鐮狀細(xì)胞貧血癥等。CD4融合基因轉(zhuǎn)hCD4陽性兔外周血漿淋巴細(xì)胞（PBL）未檢測(cè)到檢測(cè)到hCD4mRNA和蛋白質(zhì)F1代2.生產(chǎn)人類器官移植用途的轉(zhuǎn)基因豬異源器官移植（xenotransplantation）利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為組織器官的來源。其供量大、費(fèi)用低廉，有著廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。在關(guān)鍵時(shí)刻，可以將轉(zhuǎn)基因豬的肝臟或心臟臨時(shí)移植給病人，使病人能夠存活到找到適用的人類器官，這樣的移植可以在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)。豬內(nèi)源逆轉(zhuǎn)錄病毒（procineendogenousretrovirus，PERV）RT-PCR和免疫雜交方法對(duì)患者的血清進(jìn)行了分析，結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)一例PERV，這無疑更增加了人們從事豬器官用于人的研究的信心。3.應(yīng)用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥用蛋白血液乳腺尿腺優(yōu)越性：生產(chǎn)成本低產(chǎn)量高產(chǎn)品純化簡(jiǎn)易產(chǎn)品質(zhì)量高、安全性好4.轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)人類營(yíng)養(yǎng)醫(yī)療用品（或保健品）轉(zhuǎn)基因在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用對(duì)動(dòng)物進(jìn)行基因改良，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，提高畜產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量乳糖酶由人小腸分泌，把鮮奶中的乳糖降解成葡萄糖和半乳糖。含有人血中制造鐵質(zhì)和提供牙齒生長(zhǎng)的蛋白質(zhì)，及提供產(chǎn)後初乳中預(yù)防細(xì)菌的主要蛋白質(zhì)小玫瑰動(dòng)物抗病育種禽白血病病毒(ALV)MX1基因馬利克氏病病毒(MDV)抗ALV的新品系的雞抗禽流感雞抗MDV病毒的雞利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高動(dòng)物的抗病性也具有廣闊的應(yīng)用前景。中國(guó)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究進(jìn)展“七五”技術(shù)攻關(guān)設(shè)立“動(dòng)物個(gè)體表達(dá)系統(tǒng)研究”的課題，啟動(dòng)了轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究。農(nóng)業(yè)部“七五”生物技術(shù)重點(diǎn)項(xiàng)目中，設(shè)立了“動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究”的課題“863”計(jì)劃中，把“豬的基因工程育種”列為重點(diǎn)項(xiàng)目之一?！熬盼濉逼陂g，“動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器研究”增列重點(diǎn)項(xiàng)目?！笆濉逼陂g，“體細(xì)胞克隆牛與轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞克隆牛生產(chǎn)技術(shù)體系”項(xiàng)目?！笆晃濉笨茖W(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃強(qiáng)調(diào)將發(fā)育與生殖研究作為一項(xiàng)重大科學(xué)專項(xiàng)。動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)動(dòng)物研究1984-1987年中國(guó)科學(xué)院遺傳所獲得轉(zhuǎn)人β-珠蛋白、生長(zhǎng)激素、大腸桿菌galk和gpt基因小鼠2000年中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將“生物鋼”蛋白基因在小鼠乳腺中表達(dá)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)合作，研究轉(zhuǎn)基因小鼠乳腺表達(dá)人瘦蛋白轉(zhuǎn)基因家畜研究2002年1月18日，中國(guó)第一頭本土克隆?！拔痹谏綎|曹縣中大動(dòng)物胚胎工程中心通過剖腹產(chǎn)誕生。由于嚴(yán)重缺氧，“委委”出生后未順利站起。“委委”之所以被稱為我國(guó)第一頭土生土長(zhǎng)的克隆牛，是因?yàn)閺呐嘤寺∨咛サ娇寺∨咛ヒ浦捕际侵袊?guó)人在自己的國(guó)家完成的。2002年10月13日，中國(guó)首例轉(zhuǎn)基因克隆牛在深圳誕生。2003年10月17日體細(xì)胞克隆?！皫r娃”對(duì)全球性胃病的預(yù)防和治療方面將會(huì)有重要意義，同時(shí)也具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。人巖藻糖轉(zhuǎn)移酶基因（治療人類胃潰瘍疾?。┚G色熒光蛋白基因新霉素抗性基因2000年中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)轉(zhuǎn)基因克隆綿羊用CMV啟動(dòng)的neo和gfp基因構(gòu)件轉(zhuǎn)染羊的顆粒細(xì)胞，得到陽性細(xì)胞后直接進(jìn)行克隆，體外發(fā)育的克隆囊胚均表達(dá)gfp基因。中國(guó)科學(xué)養(yǎng)遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所與揚(yáng)州大學(xué)合作，將促紅細(xì)胞生成素基因和人乙型肝炎表面抗原基因?qū)肷窖颍@得了兩種乳腺特異性表達(dá)的轉(zhuǎn)基因山羊。轉(zhuǎn)基因禽類的研究轉(zhuǎn)基因雞改變現(xiàn)有品種的遺傳特性，如增加對(duì)病毒及球蟲病的抗性，提高喂食效率，降低雞蛋中的脂肪含量和膽固醇水平，提高肌肉質(zhì)量，等等。目前已獲得轉(zhuǎn)禽類白血病病毒（ALV）的外殼蛋白基因env的轉(zhuǎn)基因雞，并證明獲得的轉(zhuǎn)基因雞對(duì)禽類白血病病毒具有一定的抗性。轉(zhuǎn)基因淡水魚類研究中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所，首次將人生長(zhǎng)激素基因（hGH）轉(zhuǎn)入魚，制作出了提高生長(zhǎng)速度、增加抗逆性以及為發(fā)育生物學(xué)和插入突變提供研究材料——轉(zhuǎn)基因魚。當(dāng)前，我國(guó)的轉(zhuǎn)基因魚已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。2002年，“轉(zhuǎn)基因黃河鯉魚”首次在公眾面前亮相，它帶有草魚生長(zhǎng)激素基因，1年內(nèi)可長(zhǎng)2-3斤，味道鮮美，蛋白質(zhì)含量較高、脂肪含量相對(duì)較低。由于魚類易于逃逸、擴(kuò)散，因此轉(zhuǎn)基因魚的生態(tài)安全性問題很值得去研究。只有解決了生態(tài)安全性問題，才能真正使轉(zhuǎn)基因魚廣泛應(yīng)用于漁業(yè)生產(chǎn)。轉(zhuǎn)基因微生物研究進(jìn)展20世紀(jì)80年代以來，現(xiàn)代生物技術(shù)迅速發(fā)展，在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、化工、環(huán)境和能源等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1982年美國(guó)FDA批準(zhǔn)了世界上第一例基因工程藥物重組人胰島素的正式生產(chǎn)以來，以基因工程藥物為主的各種基因工程產(chǎn)品陸續(xù)實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)。中國(guó)轉(zhuǎn)基因微生物的研究和應(yīng)用的重點(diǎn)在農(nóng)業(yè)方面，到2000年為止，在國(guó)家“863”計(jì)劃資助下，共分離克隆了殺蟲、防病、固氮等新基因89個(gè)，構(gòu)建各類工程菌51株，其中5種菌劑獲準(zhǔn)進(jìn)入田間試驗(yàn)，6種經(jīng)安全性評(píng)估后進(jìn)入環(huán)境釋放。轉(zhuǎn)基因微生物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的轉(zhuǎn)基因微生物主要為轉(zhuǎn)基因微生物農(nóng)藥、轉(zhuǎn)基因微生物肥料，以及利用轉(zhuǎn)基因微生物生產(chǎn)飼料酶。1.轉(zhuǎn)基因微生物農(nóng)藥過量使用農(nóng)藥環(huán)境污染食物殘毒病蟲害抗藥性生態(tài)破壞目前，中國(guó)是世界上農(nóng)業(yè)重組微生物環(huán)境釋放面積最大、種類最多和研究范圍最廣的國(guó)家，所取得的成就受到各國(guó)科學(xué)家的廣泛關(guān)注和高度重視。轉(zhuǎn)Bt基因重組桿狀病毒、高毒廣譜殺蟲工程菌、棉鈴蟲核型多角體病毒殺蟲劑等多種基因工程微生物殺蟲劑經(jīng)農(nóng)業(yè)部安全性審批獲準(zhǔn)進(jìn)入田間釋放或中間試驗(yàn)重組豬生長(zhǎng)激素、高效表達(dá)植酸酶的重組畢赤酵母以及其他幾種基因工程疫苗也獲準(zhǔn)進(jìn)入中間試驗(yàn)或環(huán)境釋放階段。轉(zhuǎn)基因Bt菌劑蘇云金芽孢桿菌（簡(jiǎn)稱Bt）殺蟲劑是公認(rèn)的一類無公害的生物農(nóng)藥，也是目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)量最大、應(yīng)用面積最廣的微生物殺蟲劑。全世界從Bt中發(fā)現(xiàn)并正式命名的ICP基因已有42大類250多種。馬鈴薯甲蟲玉米螟小菜蛾中國(guó)在Bt分子生物學(xué)的研究中也取得了很多成果：1997年以來，我國(guó)自行克隆并經(jīng)國(guó)際命名的新的殺蟲蛋白基因達(dá)28種，占國(guó)際同期新發(fā)現(xiàn)Bt基因總數(shù)的1/3。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院微生物農(nóng)藥國(guó)家工程研究中心、農(nóng)業(yè)部微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制的蘇云金芽孢桿菌高毒力菌株YBT-1520獲國(guó)家發(fā)明專利。福建農(nóng)林大學(xué)生物技術(shù)中心研制的蘇云金芽孢桿菌遺傳改良工程菌TS16等殺蟲劑獲化學(xué)工業(yè)部的農(nóng)藥生產(chǎn)證和農(nóng)業(yè)部的農(nóng)藥登記證和出口證。南開大學(xué)生命科學(xué)院微生物學(xué)系進(jìn)行了蘇云金芽孢桿菌光譜基因工程菌的構(gòu)建及新型高效菌株15A3的研究與開發(fā)，其成果已通過驗(yàn)收和鑒定。轉(zhuǎn)基因病毒殺蟲劑世界上有記載的昆蟲病毒超過1000種，已開發(fā)投入市場(chǎng)的產(chǎn)品有30多種。中國(guó)研制了20多種病毒殺蟲劑。中山大學(xué)構(gòu)建了第一株對(duì)害蟲具有迅速麻痹作用的基因工