8第八讲-转基因

转基因技术梁丹

东校区生科楼432转基因技术是将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术（Transgene

technology）。人们常说的“遗传工程”、“基因工程”、“遗传转化”均为转基因的同义词。利用转基因技术可以改变动植物性状，培育新品种。也可以利用其它生物体培育出期望的生物制品，用于医药、食品等方面。经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为“遗传修饰过(基因改造过的)的生物体"（Genetically

modifiedorganism，简称GMO）。转基因技术转基因技术，包括外源基因的克隆、表达载体构建、受体细胞选择，以及转基因途径等植物转基因方法按其是否需要通过组织培养、再生植株可分成两大类，第一类需要通过组织培养再生植株，常用的方法有农杆菌介导转化法、基因枪法；另一类方法不需要通过组织培养，目前比较成熟的主要有花粉管通道法，花粉管通道法是我国科学家提出的。1．农杆菌介导转化法

农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤或发状根。根癌农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。因此，农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中，近年来，农杆菌介导转化在一些单子叶植物（尤其是水稻）中也得到了广泛应用。冠瘿瘤

植物转基因方法2．基因枪介导转化法

利用火药爆炸或高压气体加速（这一加速设备被称为基因枪），将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹（如蘸涂了外源DNA

的金粉或者钨粉颗粒

）直接送入完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。与农杆菌转化相比，基因枪法转化的一个主要手提式微型优点是不受受体植物范围的限制。而且其载体质粒的构建也相对简单，因此也是目前转基因植物研究中应用较为广泛的一种方法。

台式植物转基因方法按其是否需要通过组织培养、再生植株可分成两大类，第一类需要通过组织培养再生植株，常用的方法有农杆菌介导转化法、基因枪法；另一类方法不需要通过组织培养，目前比较成熟的主要有花粉管通道法，花粉管通道法是我国科学家提出的。3．花粉管通道法

在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液，利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法于80年代初期由我国学者周光宇提出，我国目前推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。该法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，不需要装备精良的实验室，常规育种工作者易于掌握。动物转基因转基因动物是指将特定的外源基因导入动物受精卵或胚胎，使之稳定整合于动物的染色体基因组并能遗传给后代的一类动物。

转基因动物所有的细胞均整合有外源基因，并具有将外源基因遗传给子代的能力。若动物只有部分组织细胞整合有外源基因，则称为嵌合体动物，这类动物只有在整合了外源基因的“部分组织细胞”恰为生殖细胞时，才能将其携带的外源基因遗传给子代。通过杂交繁育可得到真正的转基因个体甚至是纯合的转基因个体

。嵌合体小鼠动物转基因方法(1)核显微注射法核显微注射法是动物转基因技术中最常用的方法。它是在显微镜下将外源基因注射到受精卵细胞的雄原核内，注射的外源基因与胚胎基因组融合，然后进行体外培养，最后移植到受体母畜子宫内发育，通常，胚胎移植生育出的全部仔鼠中，约有20％～30％具有导入基因，因此要用Southern

Blot或PCR法对导入的遗传基因进行分析。

这种方法的缺点是需要贵重精密仪器，技术操作较难，并且外源基因的整合效率低且整合位点和整合的拷贝数都无法控制，易造成宿主动物基因组的插入突变，引起相应的性状改变，重则致死。在大型动物中还存在着繁殖周期长，有较强的时间限制、需要大量的供体和受体动物等特点。(2)胚胎干细胞法动物转基因方法

胚胎干细胞

胚胎干细胞（embryonic

stem

cell，简称ES细胞）是早期胚胎（原肠胚期之前）或原始性腺中分离出来的一类细胞，它具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。无论在体外还是体内环境，ES细胞都能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。ES细胞发育全能性的标志是ES细胞表面表达时相专一性胚胎抗原（Stage

specific

embryonic

antigen，SSEA），而且可以检查到OTC4基因的表达，这两种蛋白是发育全能性的标志。自1981年Evans和Kaufman首次成功分离小鼠ES细胞。将ES细胞与胚胎细胞共培养或将ES细胞注入囊胚腔中，ES细胞就会参与多种组织的发育。胚胎干细胞研究在美国一直是一个颇具争议的领域，支持者认为这项研究有助于根治很多疑难杂症，是一种挽救生命的慈善行为，是科学进步的表现。而反对者则认为，进行胚胎干细胞研究就必须破坏胚胎，而胚胎是人尚未成形时在子宫的生命形式。

马里奥·卡佩奇

马丁·埃文斯

奥利弗·史密斯

2007年诺贝尔生理学或医学奖“在涉及胚胎干细胞和哺乳动物DNA重

组方面的一系列突破性发现”(2)胚胎干细胞法胚胎干细胞(ES细胞)是指从囊胚期的内细胞团中分离出来的尚未分化的胚胎细胞，具有发育全能性，能进行体外培养扩增、转化和制作遗传突变型等遗传操作。本法以整合有外源基因的ES细胞作为供体细胞，通过基因打靶技术，将外源基因经逆转录病毒感染、电脉冲法等方法导入ES细胞，体外培养和筛选有外源基因表达者，通过显微操作将ES细胞注入到囊胚期胚胎的腔内，使之与内细胞团紧靠在一起，成为嵌合体。

将注射过的胚胎，移植到交配第3天的假孕受体动物子宫内，培育出嵌合体转基因动物。本法外源基因整合率高，植入囊胚前筛选合适的转化ES细胞，克服了以前只能在子代选择的缺点，并能充分利用分子生物学发展起来的各种先进方法，是很有前途的技术。缺点是不易建立ES细胞系。并且由于通过嵌合体途径，所以实验周期长。动物转基因方法

诱导的多能干细胞

2006年日本京都大学山中伸弥领导的实验室在世界著名学术杂志《细胞》上率先报道了诱导多能干细胞（Induced

Pluripotent

Stem

cells，iPS）的研究。他们把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4这4种转录因子引入小鼠胚胎或皮肤纤维母细胞，发现可诱导其发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等都与胚胎干细胞极为相似。随后，他们进一步通过改进筛选技术得到了更接近于胚胎干细胞的多能干细胞，把这些细胞注入小鼠囊胚中再植入体内后可孕育出活的遗传混杂型（Chimera）仔鼠，甚至产出完全由iPS细胞发育而成的仔鼠。此后iPS的研究热潮持续高涨，并取得了多项令人瞩目的进展，是最近干细胞研究所取得的最为突出的成果。与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技术不同，iPS技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有伦理学的问题。利用iPS技术可以用病人自己的体细胞制备专用的干细胞，所以不会有免疫排斥的问题。然而，iPS的研究还只是刚刚起步，有许多技术难题还有待解决。

从骨科医生到诺贝尔奖

31497.shtml(3)核移植转基因法先在体外培养的体细胞中进行基因导入，筛选获得带转基因的细胞

，然后将供体细胞细胞核移植到受体细胞——去核卵母细胞，构成重建胚，再把其移植到假孕母体，待其妊娠、分娩，便可得到转基因的克隆动物。动物转基因方法精确的基因组编辑方法

限制性核酸内切酶

II型限制酶已分离出几百种，每种酶都有自己独特

的碱基识别序列

---------剪刀

连接酶

--------

针线X

不再适用精确的基因组编辑方法TALEN

（2011

nature

methods）TAL的核酸识别单元为间隔32个恒定氨基酸序列的双连氨基酸。双连氨基酸与A、G、C、T有恒定的对应关系，即NI识别A，NG识别T，HD识别C，NN识别G，非常简单明确。因此，欲使TALEN特异识别某一核酸序列（靶点），只须按照靶点序列将相应TAL单元串联克隆即可。目前，TALEN系统利用FokI的内切酶活性打断目标基因。因FokI需形成2聚体方能发挥活性，在实际操作中需在目标基因中选择两处相邻（间隔17碱基）的靶序列（一般十几个碱基）分别进行TAL识别模块构建。两个TALEN融合蛋白中的FokI功能域形成二聚体，发挥非特异性内切酶活性，于两个靶位点之间打断目标基因。诱发DNA损伤修复机制。精确的基因组编辑方法CRISPR-Cas系统-----Cas9蛋白和引导RNA

（2012

Science、Nature

Biotechnology）转基因技术与杂交技术•

杂交

多发生在同种、同属物种之间，亲缘关系很近，如袁隆平的杂交稻是野生稻与水稻杂交，但都是稻属这个植物。杂交在自然界可自然发生，通过不同的基因型的个体之间的交配而取得某些双亲基因重新组合的个体的方法。杂交所出现的所有性状都是这个物种自身的性状。•

转基因

是不同生物类群之间的基因转移。在自然界是零概率事件

。转基因所表达的性状是这个物种没有的性状。转什么基因？基础研究转入自然突变或人为修饰的基因，研究导入的异常基因的表型效应，可以了解基因结构和功能的关系（敲除、过表达、突变、“拯救”等）转入调控顺序加报告基因，以研究该调控顺序的作用，如指导组织特异性表达等建立动物模型：遗传病模型

将显性疾病基因或一个、甚至多个外源基因人为地导入动物体内，就可制备遗传性疾病的转基因动物模型，研究和治疗人类遗传性疾病。例如将亨廷顿(Hungtington)

舞蹈病基因导入小鼠，建立了舞蹈病动物模型，将正常小鼠的MBP(髓磷脂碱性蛋白)基因导入震颤小鼠，小鼠的震颤症状消失。

肿瘤模型

建立带有肿瘤基因的转基因动物可了解哪些组织对肿瘤基因转化活性敏感、肿瘤形成与基因的关系、基因对肿瘤生长分化影响等等。转什么基因？应用研究品种改良生物工厂基础研究

转什么基因---研究与产业方向植物抗虫基因工程

---创造本身就对虫害有抵抗力的植物•

抗虫棉花长期以来，棉铃虫是我国棉花重大害虫之一，而棉铃虫的防治主要以化学防治为主。上世纪九十年代，由于气候条件适宜、棉铃虫抗药性增强等原因，棉铃虫连续暴发为害，每年给国家造成几十亿甚至上百亿元的经济损失。因此，棉农不得不高频次、高浓度地施用杀虫剂，每年防治棉铃虫20余次，不仅增加了棉花的生产成本和棉农的劳动强度，也破坏了生态环境，同时还严重损害了棉农的身心健康。

早在1938年，苏云金芽孢杆菌（即Bt）作为一种生物杀虫剂就用于防治地中海粉螟。它的主要活性成分是一种或数种杀虫晶体蛋白，对鳞翅目、鞘翅目、双翅目、膜翅目、同翅目等昆虫，以及动植物线虫、蜱螨等节肢动物都有特异性的毒杀活性。1981年，科学家首次成功克隆了第一个编码Bt杀虫晶体蛋白基因。

1991年我国家“863”计划启动抗虫棉研制工作后，我国科学家于1992年底研制成功具有自主知识产权的GFM

Cry1A

融合Bt杀虫基因，并利用农杆菌介导法和花粉管通道法将其导入棉花，创造出单价转基因抗虫棉，这使我国成为继美国之后第二个能够独立研制抗虫棉的国家。

1995年，利用GFM

Cry1A

Bt杀虫基因和豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)基因，构建了双价抗虫(Bt+CpTI)基因。1996年研制成功双价抗虫棉，标志着我国第二代抗虫棉的研究达到了国际领先水平。

2002年由中国农业科学院棉花研究所建成“棉花规模化转基因技术体系平台”，将农杆菌介导法转化方法大大改进，培养周期由原来的12个月缩短到6个月，转基因试管苗移栽成活率提高到90%以上；可以同时利用农杆菌介导法、花粉管通道法和基因枪轰击法3种方法进行外源基因的遗传转化，实现了流水线操作，年产转基因植株8000株以上，真正做到了棉花转基因规模化和工厂化。

转什么基因---研究与产业方向植物抗除草剂工程

除草剂有选择性的和非选择性的，草甘膦是一种非选择性的除草剂，可以杀灭多种植物，包括作物，这样，虽然这种除草剂的效果很好，但是却难以投入使用。

草甘膦杀死植物的原理在于破坏植物中的EPSPS合成酶。通过转基因的方法，让植物产生更多的EPSPS酶，就能抵抗草甘膦，从而让作物不被草甘膦除草剂杀死。有了这样的转基因作物，农民就不必像过去那样使用多种除草剂，而可以只需要草甘膦一种除草剂就能杀死各种杂草。

孟山都公司有“抗草甘膦除草剂基因改造”技术，农民如果向孟山都购买基因改造的种子，也要购买它的除草剂。用除草剂处理的抗除草剂转基因水稻(中)和非转基因水稻对照(两侧)转什么基因---研究与产业方向植物品质改良工程---改进作物的营养成分•

在1992年，联合国儿童基金会（UNICEF）估计，全球大约有1.24亿名儿童严重缺乏维生素A。这导致每年大约有50万名儿童眼盲，其中有许多甚至因为缺乏维生素而死亡。由于稻米不含维生素A，所以这些缺乏症患者集中在世界上以稻米为主食的地区。于是主要有洛克菲勒基金会资助的一项国际计划大力发展“黄金稻米”。通过转基因技术育成稻米胚乳中含有前体β-胡萝卜素的“黄金稻”，呈现淡橘黄色。植物抗逆工程•

我国科学家先后克隆了脯氨酸合成酶（proA），山菠菜碱脱氢酶（BADH），磷酸甘露醇脱氢酶（mtl）及磷酸山梨醇脱氢酶（gutD）等与耐盐相关基因。中国科学院遗传所将BADH基因导入水稻，获得的转基因水稻有较高的耐盐性，并能在盐田中结实。转什么基因---研究与产业方向转基因植物•

番茄在成熟时会自然变软，这是因为多聚半乳糖醛酸酶（PG）会分解细胞壁，让果实变软。由于软番茄在运输时容易受损，因此番茄通常在还是绿色坚硬的果实时就摘下，再用催熟剂使它们变红。研究人员发现拿掉PG基因可以使番茄的坚实状态保持更久。他们插入PG基因的反向复本，由于互补碱基对的亲和力，由PG基因转录的mRNA和由反向基因制造的RNA互相结合，导致前者无法进一步翻译成有用的蛋白即多聚半乳糖醛酸酶。由此可以把更新鲜和成熟的番茄运到超市。这种转基因番茄，贮存时间可延长1-2个月，有的可达80多天。

“蓝色妖姬”最早来自荷兰是一种加工花卉．它是用一种对人体无害的染色剂和助染剂调合成着色剂，等白玫瑰快到成熟期时，将其切下来放进盛有着色剂的容色里，让花像吸水一样，将色剂吸入进行染色。现在市场上出售的“蓝色妖姬”都是人工染色后的产物。比较正规的“蓝色妖姬”是在花卉的成长期开始染色，颜色能均匀地附着在花瓣上，看上去比较自然；部分商贩直接将普通的白玫瑰花采摘后染成蓝色，颜色不自然，也容易掉色。人工染料导致鲜花表层细胞死亡，花期短，且花开不大。转什么基因---研究与产业方向转基因花卉

蓝色的玫瑰

世界上不存在自然生长的蓝色玫瑰花，因为玫瑰花基因没有生成蓝色翠雀花素所需的“黄

酮类化合物3’5’-氢氧化酶”，而英语blue

rose(蓝色玫瑰)有“不可能”之意。人们梦想开发出蓝玫瑰，但都失败了。科研人员利用不同品种杂交，通过抑制红色素培养接近蓝色的玫瑰花，但其中并不含蓝色素，所以还不能称是真正的蓝玫瑰。传统杂交技术培育出的蓝玫瑰，颜色偏紫色或灰色，其颜色来自于红或橙色素。日本三得利公司耗资30亿日元，耗时约15年，于2005年通过采用RNA干扰技术，抑制内源DFR基因的表达，将三色堇的F3’5’H基因和鸢尾的DFR基因导入，获得了蓝玫瑰。这株玫瑰的花瓣中所含的色素为蓝色，纯度接近100%。世界首个转基因蓝玫瑰，并不如想象中的那样妖艳华丽，它的蓝色接近藕荷色，更显清纯娇媚。应用研究品种改良生物工厂转什么基因？

基础研究

•主要目的是培育高产、优质、抗病毒、抗虫、

抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等的作物新品种，改善食品质量，提高农作物对虫害及病原体的抵抗力。转什么基因---研究与产业方向该研究表明由转基因水稻种子生产的重组人血清白蛋白(OsrHSA)在生理生化性质、物理结构，生物学功能、免疫原性与血浆来源的人血清白蛋白一致；并建立了大规模生产重组人血清白蛋白的生产工艺，获得了高纯度和高产量重组人血清白蛋白产品。利用大量数据证明了转基因水稻种子可取代现有基于发酵的表达技术来生产重组蛋白质，并且是经济有效的。植物“生产工厂”转什么基因---研究与产业方向生产植物疫苗用植物生产出的能使机体获得特异抗病能力的疫苗。可行性和优越性：2.

植物具有完整的真核表达系统及与动物相似的真核加工修饰系统,

可对重组蛋白进行糖基化、磷酸化、酰胺化及亚基正确装配等,可保持自然状态下的免疫原性，植物细胞具有全能性,

容易再生,

是最经济的蛋白质表达系统。1.

可以直接口服,

并能有效诱导黏膜和系统免疫。植物细胞壁作为天然的生物胶囊，可使细胞内的疫苗抵抗消化道的酸性环境和各种酶类降解，使表达的疫苗在小肠内释放，引起消化道的黏膜免疫反应，刺激黏膜下B、T

淋巴细胞产生的抗菌素到消化道、血液、呼吸道中，发挥对机体的全面保护作用。3.

利用转基因植物表达亚单位疫苗,

不含有潜在的动物病毒等病原污染,

对人畜安全,

对于闭花授粉的植物还具有环境安全性。4.

疫苗活性物质储存在植物组织、种子或果实中,

无需冷冻设备进行储藏和运输,

甚至在常温下可保存18

个月以上。5.

便于生产多价疫苗。利用基因重组可同时将多个外源基因和植物基因组重组生产多联疫苗。转什么基因---研究与产业方向存在的问题和前景

转基因植物疫苗尚在起步阶段，离临床应用还很远,

还存在很多限制因素,

直接通过食用接种的植物尚属有限,

组织提取物注射接种存在稳定性和安全性问题,

而且外源基因在植物中的表达量偏低,

免疫效果较差,

口服免疫可能引起口服免疫耐受等。

因此,

选择转化效率高、适宜生食、耐储藏的植物载体作为转基因受体系统,

且通过对外源基因的基因修饰或对表达蛋白的保护以防止口服疫苗产生抗体反应前被胃肠消化,

研发具有广谱免疫特性的可食性复合疫苗将成为未来口服疫苗的研究热点。未来可食性植物疫苗的发展更有赖于外源基因的表达量和转基因植物的生产量

。这种怪异绿光的作用既是测试引入基因是否可行，还是一个显示宿主是否接受其他基因的标记。如果这些所谓的转基因动物的后代也发光，那研究人员就会知道新的基因已经传给下一代。

转什么基因---研究与产业方向

转基因动物•

研究转基因动物的主要目的是育成生长周期短，产仔、生蛋多、泌乳量高、抗病强的家畜，使生产的肉类、皮毛品质与加工性能好。

斑马鱼是一种常见的观赏鱼，身上

有黑白相间的条纹。荧光斑马鱼被

分别转入了水母绿色荧光蛋白或者珊瑚虫红色荧光蛋白的基因，在紫外线的照射下，能够发出绿光或红光。荧光鱼作为观赏鱼在市场上销售，是第一种上市的转基因动物。转什么基因---研究与产业方向在自然光状态下的生丝转基因动物

转基因蚕系统

发出荧光的生丝2009年2月，日本研究人员公开发布三种转基因蚕系统。第一种为发出绿色、红色和橘色荧光茧丝的系统。这是在蚕卵中加入促进发荧光蛋白质生成的基因，绿色使用水母，红色和橘色使用从珊瑚中提取的基因。研究人员还开发了采用低温碱泡蚕茧的新办法，避免传统的一边用热水将蚕茧烫开一边抽丝方法破坏荧光蛋白质。发出荧光的丝绸具有极高的时尚性，将来作为高级衣料大有市场。第二种是排出极细蚕丝的转基因蚕系统。他们在原有可以抽出较细丝的“白银(Hakugin)”蚕中加入了能够使蚕丝变得更细的基因，开发出能抽出比“白银(Hakugin)”更细蚕丝的系统。从这一系统中制出的丝织品具有前所未有的手感和质地感，与荧光丝绸一样，可期待在时装方面大派用场。第三种是具有很高的细胞粘连性的转基因蚕系统。这种系统被期待用于医疗方面，如尝试着利用这一系统的蚕丝材料制作人工血管。此外，在这种蚕丝制成的薄膜上让细胞增殖，并用其制作人工角膜、人工软骨等。转什么基因---研究与产业方向转基因动物这种超级老鼠可以不知疲倦地奔跑数小时、寿命更长、拥有更强繁殖能力、吃得更多而不增加体重……美国科学家培育出的这种转基因老鼠震撼了世界，第一只超级老鼠诞生于大约4年前。如今，科学家已经培育出500只超级老鼠。研究者将高度活跃的磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK-C)基因注入老鼠胚胎。基因转化的老鼠在运动时有效利用身体脂肪产生能量，同时避免产生大量乳酸。乳酸可导致肌肉痉挛，即使耐力最强的运动员也会发生肌肉痉挛。科学家汉森教授说，超级老鼠主要利用脂肪转化能量，体内只产生非常微量的乳酸，它们不吃不喝也能跑4到5个小时。这种老鼠最多能以每分钟20米的速度奔跑6公里，也就是说，它能连续不间断奔跑5个小时甚至更多。科学家说，这相当于一个人不间断地高速骑自行车翻越阿尔卑斯山，只有人类顶级运动员可以做到。转什么基因---研究与产业方向转基因动物•

转基因动物还可以作为生物工厂（Biofactories）

将在医学领域中有价值的生物活性蛋白基因导人家畜或家禽的受精卵，在发育成的转基因动物体液或血液、乳、尿、腹水中收获基因产物，便可获得大量有价值的生物活性蛋白，通常将此动物称为“动物生物反应器”。哺乳动物乳腺生物反应器和禽类输卵管生物反应器成为转基因动物的重要方向。目前，凝血因子Ⅳ和α1-抗胰蛋白酶在转基因羊中得到了表达。其他如乙型肝炎病毒抗原、卵泡刺激素、促黄体生成素等也都能按需要利用转基因动物生产，为医药、食品及畜牧业的发展开辟了极为广阔的天地。采用蛋清蛋白质基因的侧翼特异表达调控序列、启动子和多肽分泌信号序列，构建在禽类输卵管细胞特异性表达外源贵重蛋白质的转基因生物反应器，蛋清蛋白质在输卵管细胞表达、含量比较高、蛋白质修饰质量好。“依沙褐壳蛋鸡”，其DNA中含有

人为加入的人类基因，当母鸡生

下蛋后，科学家就能从鸡蛋的蛋白中提取用来制造药物的蛋白质。转什么基因---研究与产业方向转基因动物如何形成稳定遗传的转基因品系？•

克隆•

尝试从受体动物细胞中分离出线粒体，以外源基因对其进行离体转化，再将转基因线粒体导入受精卵，所发育成的转基因动物雌性个体外培养的卵细胞与任一雄性个体交配或体外人工授精，由于线粒体的细胞质遗传，其有性后代可能全都是转基因个体。政府决策转基因技术

公众参与产业实践

基础研究科学领域

应用研究目前，转基因的整只动物仍在实验或试用阶段，而转基因植物则向前迈多很多步，部分已商品化。转基因---从实验室走向田间风险评估：有意将转基因生物引入开放环境的行为，包括将其施用于田间、牧场、森林、矿床和水域等人工或自然生态系统，监测其在环境释放过程中对生物多样性、人体健康和生态环境造成危害的事件，及该事件所产生的有害影响的效应，评估有害事件发生的概率。至2006年，我国已受理稻、麦、棉、豆、玉米、油菜、牧草等转基因生物安全评价申请1525项，共批准中间试验456项、环境释放211项、生产性试验181项、安全证书424项。转基因---从田间走向市场

1983年世界首例转基因烟草培育成功（Calgene公司），标志着人类利用转基因技术改良农作物的开始；1986年5种转基因植物进入田间试验；1994年美国批准耐储藏转基因番茄进入市场；现已有许多转基因产品被批准在生产上使用。

2007年：美国（5770万hm2，53%）、阿根廷、巴西、加拿大、印度、中国（390万hm2）、巴拉圭、南非、乌拉圭、菲律宾、澳大利亚、罗马尼亚、墨西哥、西班牙、哥伦比亚、法国、伊朗、洪都拉斯、捷克共和国、葡萄牙、德国、斯洛伐克等22个国家近

1030万农户种植了转基因植物。美国、阿根廷、巴西、

加拿大4国的转基因种植面积占全球的90%以上。

2006年种植面积超过400万公顷的作物有：大豆（5860万hm2，约占全世界转基因作物的57%，均为抗除草剂大豆）、玉米（2520万hm2，约25%）、棉花（1340万hm2，约13%

）、油菜（480万hm2，约5%

）。花生、向日葵、亚麻、甘蓝、烟草、马铃薯、番茄、甜菜、南瓜、小麦、亚麻、木瓜、罗马甜瓜、菊苣、匍匐剪股颖和苜蓿等转基因作物已实现商品化。涉及转基因性状：

抗除草剂：主要为转基因大豆、玉米、棉花、油菜，5860万hm2，约占全世界转基因作物的72%；抗虫：主要为转基因玉米、棉花，1560万hm2，占19%；抗除草剂抗虫：主要为转基因玉米、棉花，680万hm2，占9%

；其它：抗病毒、抗细菌、抗真菌、抗逆境、品质改良以及生长发育的调控、提高产量等。转基因---从田间走向市场美国农产品的年产量中55%的大豆、45%棉花和40%的玉米已为基因工程作物。目前，大约有20多种转基因农作物的种子已经获准在美国播种，包括玉米、大豆、油菜、土豆、和棉花。据估计，从1999年到2004年，美国基因工程农产品和食品的市场规模从40亿美元扩大到200亿美元，到2019年将达到750亿美元。

很可能美国的每一种食品中都含有一定量基因工程的成分。我国真正进行大规模商业化的品种并不很多。真正规模种植的只有抗病毒甜椒和延迟成熟西红柿、抗病毒烟草、抗虫棉等6个品种。有专家认为，我国同样也存在着大量的转基因食品，市场调查显示，在我国市场上70%的含有大豆成分的食物中都有转基因成分，像豆油、磷脂、酱油、膨化食品等等，所以很多公众其实是在不知不觉中和转基因食品有了联系。另外一些进口食品中含有转基因成分。科学领域政府决策转基因技术

公众参与产业实践转基因食品离我们远吗？转基因食品---吃还是不吃？以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是转基因食品。上世纪90年代初，市场上第一个转基因食品出现在美国，是一种保鲜番茄，这项研究成果本是在英国研究成功的，但英国人没敢将其商业化，美国人便成了第一个吃螃蟹的人。此后，转基因食品一发不可收。据统计，美国食品和药物管理局确定的转基因品种已有43种。美国是转基因食品最多的国家，60％以上的加工食品含有转基因成分，90％以上的大豆、50％以上的玉米、小麦是转基因的。转基因食品有转基因植物，如：西红柿、土豆、玉米等，还有转基因动物，如：鱼、牛、羊等。虽然转基因食品与普通食品在口感上没有多大差别，但转基因的植物、动物有明显的优势：优质高产、抗虫、抗病毒、抗除草剂、改良品质、抗逆境生存等。转基因食品安全性•

国际权威机构都一致认定，目前被批准上市的转基因食品是安全的。

联合国就非洲南部一些国家的政府就转基因食品的安全性问题发表声明说：“根据来自各国的信息来源和现有的科学知识，联合国粮农组织、世界卫生组织和世界粮食计划组织的观点是，食用那些在非洲南部作为食品援助提供的含转基因成分的食物，不太可能对人体健康有风险。因此这些食物可以吃。这些组织确认，至今还没有发现有科学文献表明食用这些食物对人体健康产生负面作用。”在有关转基因食品的问答中，世界卫生组织指出：“当前在国际市场上可获得的转基因食品已通过了风险评估，不太可能对人体健康会有风险。而且，在它们被批准的国家的普通人群中，还没有发现食用这些食物会影响人体健康。”转基因食品安全性•

种植抗虫害转基因作物能不用或少用农药，因而减少或消除农药对食品的污染，而农药残余过高一直是现在食品安全的大问题。抗病害转基因作物能抵抗病菌的感染，从而减少了食物中病菌毒素的含量。化学农药的过度使用，是当前破坏环境的主要因素。推广抗虫害转基因作物，可以大大减少甚至避免化学农药的使用，既减轻了农药对环境的污染，又减少了用于生产、运输、喷洒农药所耗费的原料、能源和排出的废料。2005年4月29日，《科学》杂志发表中美科学家合作完成的论文

《转基因抗虫水稻对中国水稻生产和农民健康的影响》指出，转基因抗虫水稻比非转基因水稻产量高出6%，农药施用量减少80%，节省了相当大的开支，同时还降低了农药对农民健康的不良影响。中国每年有大约5万农民因为使用农药而中毒，其中大约有500人死亡。

当前已大规模种植的转基因作物主要是抗除草剂和抗虫害品种，它们能减少农药的使用，降低生产成本，增加产量，是对农民、环境有益。转基因

vs

农药转基因食品安全性•

转入转基因作物中的那段外源基因在被食用后会跑进体内，把人体基因也给转了？

所有生物的所有基因的化学成分都是一样的，都是由核酸组成的。不管转的是什么基因，是从什么生物身上来的，它的化学成分也和别的基因没有什么两样，都是由核酸组成的。这个基因同样要被消化、降解成小分子，才能被人体细胞吸收。所以这个外源基因是不会被人体细胞直接吸收、利用的。米饭也能调控你的基因？南京大学张辰宇教授课题组展示了一项非常令人惊奇的发现——植物的微小核糖核酸（microRNA）可以通过日常食物摄取的方式进入人体血液和组织器官。并且，一旦进入体内，它们将通过调控人体内靶基因表达的方式影响人体的生理功能，进而发挥生物学作用。

在本项研究中，该课题组发现：外源性的植物微小核糖核酸可以在多种动物的血清和组织内检测到，并且它们主要是通过进食的方式摄入体内的。其中编号为168a的植物微小核糖核酸（MIR168a）是一种稻米中富含的同时也是中国人血清中含量最为丰富的一种植物微小核糖核酸。体内和体外的功能性研究表明植物MIR168a可以结合人和小鼠的低密度脂蛋白受体衔接蛋白1（low

density

lipoprotein

receptoradapter

protein

1）的mRNA，从而抑制其在肝脏的表达，进而减缓低密度脂蛋白从血浆中的清除。这些发现证明食物中的外源性植物微小核糖核酸可以通过调控哺乳动物体内靶基因表达的方式影响摄食者的生理功能。转基因食品安全性•

潜在健康风险

转基因技术就像所有的技术，同样有可能带来风险。经常被提及的比较可能发生健康方面的的风险主要是：转基因作物往往是过量地制造某种外源的蛋白质，如果该蛋白质是对人体有害的，当然不宜食用。如果它是过敏原，也可能让某些特定的人群出现过敏。但是风险并不等于实际的危险。转基因作物的风险是可以控制的。为了避免健康方面的风险，对人体有害的蛋白质和已知的过敏原不会被用于制造转基因作物。如西非人的饮食经常缺乏甲硫氨酸，但巴西坚果制造的一种蛋白质刚好富含这种氨基酸，把制造这种蛋白质的基因插入西非的大豆里似乎是很合理的解决方法。后来有人想起有一种对巴西坚果常见的过敏反应有可能导致严重后果，这个计划就此遭到搁置。

在转基因食品上市之前，都按要求做过试验检测其安全性。一般是先做生化试验检测，看看转基因作物与同类作物相比，在成分方面出现了什么变化，这些变化是否有可能对人体产生危害，然后做动物试验，看看转基因食品是否会对动物的健康产生不利的影响。非预期变化

目前的技术基础上，转基因专家不能确定外源基因会插在宿主基因组的什么位点，而基因往往会与其他基因一起协同作用，因此外来基因的插入会产生无法预料的变化。同时被插入外来基因的DNA由于断裂而损伤，使原来的基因表达出现异常。通过最先进的芯片技术进行监视，科学家发现，DNA被一个外来基因插入前后，基因的改变量也许不到0.1%，但是所生产的蛋白质竟然会有5%发生变化，这种变化不仅较大，而且这种变化还会因为复杂的相互作用而被放大。至今为止，科学家们虽然能测定DNA序列，了解一些基因表达的性状功能等，但并不能完全掌握基因间的相互作用和在宿主生命各阶段中表达或沉默的准确遗传信息，这就对GMF提出了不同于一般杂交育种等作物的安全性审核和监测要求。

澳大利亚研究人员把一种豆角中常见的基因插入豌豆DNA组对抗豌豆象甲，然后用这种GM豌豆喂养老鼠4

周。豌豆引发老鼠严重的过敏反应：肺部组织感染。老鼠对诸如蛋白等其他物质变得十分敏感，但是喂养非转基因豌豆的老鼠并没有这样的现象。即使转基因豌豆在烹饪煮熟之后作为饲料，老鼠仍然出现过敏反应。进一步研究发现尽管转基因豌豆中的蛋白的氨基酸序列与豆角中的相同，但是差异出现在连接的糖基不一样（由于糖基化）。科学家认为“植物中转基因的表达可能导致蛋白结构变异，引起免疫系统的变化”。换句话说在原物体中无毒的蛋白在植入转基因植物并表达后不能认为还是无毒的!

GM虽然貌似与自然作物相同，其实很可能已经不是同样的植物了！吃还是不吃？公众要有知情权和选择权科学上还有很多不确定性转基因食品如何检测核酸水平当外源基因插入到靶向受体中时,

一般要构建启动子、终止子、选择标记基因和报告基因等。核酸水平检测转基因食品主要是指检测遗传物质中是否含有插入的外源基因,

包括基因片断的整合位点、多态性、含量分析以及启动子、终止子、选择标记基因和报告基因的核酸序列。核酸水平检测转基因食物主要应用到的方法有PCR法和基因芯片技术。基因芯片又称为DNA微探针阵列。在转基因食品的检测中,

基因芯片技术可以将一般通用的报告基因、抗性基因、启动子和终止子的特异片段制成检测芯片与待测样品杂交,

从而判定样品中的转基因成分。DNA芯片检测因为一次可以定性筛选大量不同种类的基因修饰物，并已经在大豆、玉米和棉花等农产品的转基因检测中广泛应用。微型化、自动化但成本高。蛋白水平常用的方法为免疫学方法即利用抗原抗体的高度特异性，如酶联免疫检测法(

ELISA)、Western

印迹法等。ELISA成本较低,

在食品安全检测中被广泛应用。利用ELISA法可以成功检测出传统加工产品中混有的2%

Round

Ready大豆中CP42EPSP蛋白质。问题：首先要保证抗原抗体反应的专一性。其次,

很多检测食品是加工产品,

其中的蛋白质的抗原性很容易被破坏。组学分析转录组学和蛋白质组差异分析技术可以用来检测转基因植物中外源基因非预期效应，即找出转基因植物和非转基因植物的基因表达网络差异。转基因食品的前景存在巨大社会需求：•

减少饥饿与贫困•

减少农业生产对环境的影响•

提高生产率降低成本•

提高耕地生产率从而可以少砍伐林地•

可以获得持续的经济效益虽然对于转基因食品还存在这样那样的争论，但对它的应用前景目前还是比较乐观。西方发达国家已充分认识到转基因食品的发展前景，并注入大量资金。尽管大多数英国人反对转基因食品，但该国超过7000种的婴儿食品、巧克力、面包、香肠等日用品，可能含有经过基因改造的大豆副产品。转基因作物的潜在生态风险•

抗除草剂“超级杂草”：事实上，杂草并不会按照人类的意愿自愿消失，而是采取更强有力的对策产生进化。更有意思的，杂草会将人类转入作物中的抗草甘膦基因“俘获”武装自己，成为人类难以去除的“超级杂草”。除草剂的用量将增多，相应的土壤和水体中除草剂含量也将增多，最终会影响土壤、水生生态系统。研究发现，当草甘膦溶入土壤进入到地下水，若水温升高，pH值超过7.5时，会对水生生态系统产生毒害作用。除草剂杀光杂草后

，土壤中没有了“杂草”植物的根系，涵水能力大大下降，最后会导致耕地退化。转基因作物的潜在生态风险•

抗虫害刺激害虫进化，这就加大了害虫控制的难度。转基因抗虫棉在第一、第二代时，对棉铃虫有很好的抵抗作用，但在第三代、第四代后，棉铃虫就对转基因棉产生了抗性。和农药使用相似，所以不会让人一劳永逸。

当主要害虫被控制后，次要害虫也可能成为主要害虫而爆发。2010年5月14日，美国著名刊物《科学》发表文章称，在中国北方一项长达十年的研究中发现，种植转基因棉花来杀死它的主要害虫棉铃虫，但却导致其它昆虫的大量爆发。盲蝽是盲蝽科一些昆虫的统称，以前在中国北方只是一种数量较少、危害并不严重的害虫。但是，研究人员发现自从1997年以来它们的数量增加了12倍。它们的数量大量增加与大规模种植Bt转基因棉花有很大的关系。盲蝽对Bt毒素并不敏感，因此农民还需要借助农药控制害虫，用药量不减反增了。“转基因农作物并不是控制农业害虫百发百中的神奇子弹，它们只能作为一个整体害虫管理系统的一部分，才能保证长期的经济效益。”

“转基因作物的影响必须在环境水平上进行评估，考虑到不同生物物种的生态环境上的投入，这是确保它们的可持续性应用的唯一方法。”转基因作物的潜在生态风险影响作物的生态多样性，野生种被转基因材料污染1864年，爱尔兰土豆枯死病，造成了100多万人死亡，几百万人流离失所，原因就是当地人只种植两个土豆品种，而这两个品种又特别脆弱，发生意外后无法挽救。与此相反，1970年在斯里兰卡、巴西和中美洲地区，咖啡作物爆发了咖啡锈，而在咖啡故乡埃塞俄比亚却发现了一种具有抵抗性的品种，从而挽救了全球咖啡农业全军覆没的命运。而由于转基因作物的入侵性和污染性，大面积推广转基因作物将导致生物多样性尤其是食物种植品种多样性降低，从而加大食物安全隐患。保护种子发源中心，即野生种。•

影响生态多样性影响自然生态系统一些盐碱地、沼泽地、热带雨林以及某寄生虫分布的区域，以前原本不适合农业种植，但由于转基因作物出现，科学家向作物中转入了耐盐碱、耐高温、耐高湿、抗病虫害的基因，在这些地区种植转基因作物，就使原本生活在这里的生物栖息地丧失，从而造成物种减少、退化乃至灭绝，使原有的生态系统结构与功能遭受破坏。转基因作物的潜在生态风险对非目标生物的伤害•

影响生态多样性1999年，有一个后来很有名的研究显示，帝王蝶的毛虫所吃的叶子如果沾到许多苏云金杆菌玉米的花粉，毛虫很容易死亡。人们质疑，帝王蝶会不会无意间遭到基因改造技术的伤害？然而，经检视后发现，对这些毛虫进行实验的条件非常极端（苏云金杆菌玉米花粉的含量非常高），因此根本无法就大自然中毛虫种群的可能死亡率，提供任何有价值的数据。事实上，进一步的研究反而显示，苏云金杆菌植物对帝王蝶的影响微乎其微。转基因技术科学领域政府决策产业实践

商业竞争公众参与转基因公司孟山都（Monsanto）创建于1901年。与创立之初的孟山都相比，今天的孟山都公司更专注于农业领域，是著名的经济海盗。当前世界上绝大多数的转基因作物研发的相关技术都已经被孟山都等少数公司所控制，而且这些生物巨头已经通过专利技术和国际公约，攻陷了一些国家的粮食控制权。现在阿根廷国内种植的大豆99%以上都已经是孟山都公司的转基因大豆，阿根廷的农民不仅要为这些转基因大豆付出额外的费用（基因使用费），而且从此陷入了法律诉讼的泥沼。孟山都公司已经实际上垄断了阿根廷的大豆市场和大豆种子的销售，从中获取了巨额利润。孟山都公司有“抗草甘膦除草剂基因改造”技术，农民如果向孟山都购买基因改造的种子，也要购买它的除草剂。先锋国际良种公司是杜邦集团下的子公司，是全球领先的优质种子资源供应商，世界上最大的玉米种业公司，业务遍及全球70个国家和地区。

通过推销杂种玉米使农民必须每年向其购买新的高收成杂种种子。北京北大未名生物工程集团有限公司是北京大学三大产业集团之一，主要从事生物产业的发展和生物经济体系的建立，重点投资生物医药、生物农业和生物服务三大领域。研制成功三个国家批准商业化的转基因植物：转基因矮牵牛（1999年）、转基因甜椒（1999年）、转基因番茄（1999年）（迄今中国共批准了5个商品化的转基因植物），其中，转基因矮牵牛是我国第一个，也是唯一获农业部商品化生产许可的转基因花卉；另外还研制成功了我国第一株极具市场价值的转基因花卉——转基因双色非洲菊。（1999年-现在）转基因—商业大战发达国家对重要基因资源进行掠夺性、垄断性开发，并激烈争夺我国转基因农作物