专题 2-生物技术的发展

第二章生物技术的发展第一节转基因植物的发展第二节转基因动物研究进展第三节转基因微生物研究进展第四节基因工程疫苗第一节转基因植物的发展研究成功的转基因植物超过35科120种粮食作物、蔬菜、水果和林木抗除草剂、抗虫、抗病、抗逆、品质改良、发育调控、药物生产。1983年含有抗生素抗性基因的转基因烟草转基因作物发展现状农业生物技术应用国际服务组织（ISAAA）2011年全球共有29个国家的1670万名农民种植了1.6亿公顷的转基因作物，占全球耕地的10％。这面积相当于中国可耕地面积的1.3倍，约等于美国的可耕地面积。2008年，抗除草剂转基因大豆、玉米、油菜和紫苜蓿的种植面积占全部种植面积的63%。大豆，6580万hm2，占总面积53%玉米，3730万hm2，占总面积30%棉花，1550万hm2，占总面积12%油菜，590万hm2，占总面积5%转基因林木发展现状转基因抗虫林木抗虫基因类型：苏云金芽孢杆菌毒蛋白（Bt）基因、蛋白酶抑制剂（Pi）基因、外源凝集素（lectin）基因和昆虫神经毒素基因。20世纪90年代初，转Bt基因欧洲黑杨植株研制成功，表现出杀虫性。转基因植物能有效地控制林分的虫口密度，使非转基因植株在某种程度上得到转基因植株的保护。双价转基因杨树的研究Bt基因和蛋白酶抑制剂（API）基因毛白杨抗病转基因林木1986年美国首次获得了抗病转基因植株。编码植物病毒的外壳蛋白基因植物细胞积累病毒外壳蛋白抑制侵染病毒的复制减轻病毒症状或推迟发生时间杨树花叶病毒(PMV)------杨树杨李痘病毒(PPV)----------杏兔np-1基因------------------毛白杨转基因调控生殖发育DT-A基因银灰杨×大齿杨雄性不育拟南芥LEAFY基因欧洲山杨×美洲山杨花期提前转基因抗逆林木（相对薄弱）臭氧胁迫----抗氧化剂----超氧化物歧化酶(SOD)/谷胱甘肽(GSH)----抗逆效果盐渍化沙漠化----耐盐性----Na+/H+逆向转运蛋白基因----耐盐性提高木材特性香豆酸CoA连接酶基因美洲山杨木质素减少45%纤维素增加15%叶、茎、根生长加快GS基因杨树谷氨酰胺合成增加可溶性蛋白增加叶绿素含量增加COMT基因欧洲山杨×美洲山杨木质素含量下降木质素结构改变纤维素含量增加第二节转基因动物研究进展动物转基因技术是通过现代生物学手段将外源DNA导入动物的基因组，进而影响其基因型和表现型的一类技术。主要技术手段包括重组DNA技术和胚胎生物技术。1971年利用精子将外源DNA转入兔卵母细胞。1982年将大鼠生长激素基因导入小鼠受精卵。动物转基因技术显微注射、病毒转染、电脉冲法和胚胎干细胞等一系列技术。转基因动物的应用在基础生物学研究中，用于研究真核细胞的基因转录和表达调控以及个体发育的分子调控规律；在生产中，可以提高动物产品的生产效率和质量；在动物抗病育种中，可以提高动物对疾病的抵抗力；在医学领域，可以生产用于人体器官移植的动物器官。转基因动物用于基因功能的基础生物学研究获得基因敲除转基因小鼠800余种，用于研究基因的功能。在未来时间内，转基因动物的研究不会局限于生产某一种对农业或医学有重大经济价值的动物品系或品种，越来越大的研究将针对生物学本身。转基因动物在医学领域的应用建立诊断和治疗人类疾病的转基因动物模型动物学家通过精准地失活某些基因或增强某些基因的表达来制作各种各样的研究人类疾病的动物模型。全世界已经建立了30多种人类遗传疾病的鼠模型，如AIDS、老年性痴呆、原发性高血压、糖尿病、镰状细胞贫血症等。CD4融合基因转hCD4阳性兔外周血浆淋巴细胞（PBL）未检测到检测到hCD4mRNA和蛋白质F1代2.生产人类器官移植用途的转基因猪异源器官移植（xenotransplantation）利用转基因动物作为组织器官的来源。其供量大、费用低廉，有着广阔的产业化前景。在关键时刻，可以将转基因猪的肝脏或心脏临时移植给病人，使病人能够存活到找到适用的人类器官，这样的移植可以在短期内实现。猪内源逆转录病毒（procineendogenousretrovirus，PERV）RT-PCR和免疫杂交方法对患者的血清进行了分析，结果没有发现一例PERV，这无疑更增加了人们从事猪器官用于人的研究的信心。3.应用转基因动物乳腺生物反应器生产药用蛋白利用转基因动物生产药用蛋白血液乳腺尿腺优越性：生产成本低产量高产品纯化简易产品质量高、安全性好4.转基因动物生产人类营养医疗用品（或保健品）转基因在动物生产中的应用对动物进行基因改良，促进动物生长，提高畜产品品质和产量乳糖酶由人小肠分泌，把鲜奶中的乳糖降解成葡萄糖和半乳糖。含有人血中制造铁质和提供牙齿生长的蛋白质，及提供产後初乳中预防细菌的主要蛋白质小玫瑰动物抗病育种禽白血病病毒(ALV)MX1基因马利克氏病病毒(MDV)抗ALV的新品系的鸡抗禽流感鸡抗MDV病毒的鸡利用转基因技术提高动物的抗病性也具有广阔的应用前景。中国转基因动物研究进展“七五”技术攻关设立“动物个体表达系统研究”的课题，启动了转基因动物研究。农业部“七五”生物技术重点项目中，设立了“动物转基因技术研究”的课题“863”计划中，把“猪的基因工程育种”列为重点项目之一。“九五”期间，“动物乳腺生物反应器研究”增列重点项目。“十五”期间，“体细胞克隆牛与转基因体细胞克隆牛生产技术体系”项目。“十一五”科学技术发展规划强调将发育与生殖研究作为一项重大科学专项。动物乳腺生物反应器转基因实验动物研究1984-1987年中国科学院遗传所获得转人β-珠蛋白、生长激素、大肠杆菌galk和gpt基因小鼠2000年中国农业大学生物技术国家重点实验室将“生物钢”蛋白基因在小鼠乳腺中表达中国农业大学和华中农业大学合作，研究转基因小鼠乳腺表达人瘦蛋白转基因家畜研究2002年1月18日，中国第一头本土克隆牛“委委”在山东曹县中大动物胚胎工程中心通过剖腹产诞生。由于严重缺氧，“委委”出生后未顺利站起。“委委”之所以被称为我国第一头土生土长的克隆牛，是因为从培育克隆胚胎到克隆胚胎移植都是中国人在自己的国家完成的。2002年10月13日，中国首例转基因克隆牛在深圳诞生。2003年10月17日体细胞克隆牛“岩娃”对全球性胃病的预防和治疗方面将会有重要意义，同时也具有重要的经济价值和社会价值。人岩藻糖转移酶基因（治疗人类胃溃疡疾病）绿色荧光蛋白基因新霉素抗性基因2000年中国农业大学转基因克隆绵羊用CMV启动的neo和gfp基因构件转染羊的颗粒细胞，得到阳性细胞后直接进行克隆，体外发育的克隆囊胚均表达gfp基因。中国科学养遗传与发育生物学研究所与扬州大学合作，将促红细胞生成素基因和人乙型肝炎表面抗原基因导入山羊，获得了两种乳腺特异性表达的转基因山羊。转基因禽类的研究转基因鸡改变现有品种的遗传特性，如增加对病毒及球虫病的抗性，提高喂食效率，降低鸡蛋中的脂肪含量和胆固醇水平，提高肌肉质量，等等。目前已获得转禽类白血病病毒（ALV）的外壳蛋白基因env的转基因鸡，并证明获得的转基因鸡对禽类白血病病毒具有一定的抗性。转基因淡水鱼类研究中国科学院水生生物研究所，首次将人生长激素基因（hGH）转入鱼，制作出了提高生长速度、增加抗逆性以及为发育生物学和插入突变提供研究材料——转基因鱼。当前，我国的转基因鱼已达到国际先进水平。2002年，“转基因黄河鲤鱼”首次在公众面前亮相，它带有草鱼生长激素基因，1年内可长2-3斤，味道鲜美，蛋白质含量较高、脂肪含量相对较低。由于鱼类易于逃逸、扩散，因此转基因鱼的生态安全性问题很值得去研究。只有解决了生态安全性问题，才能真正使转基因鱼广泛应用于渔业生产。转基因微生物研究进展20世纪80年代以来，现代生物技术迅速发展，在医药、农业、食品、化工、环境和能源等领域发挥了巨大的经济效益和社会效益。

1982年美国FDA批准了世界上第一例基因工程药物重组人胰岛素的正式生产以来，以基因工程药物为主的各种基因工程产品陆续实现商品化生产。中国转基因微生物的研究和应用的重点在农业方面，到2000年为止，在国家“863”计划资助下，共分离克隆了杀虫、防病、固氮等新基因89个，构建各类工程菌51株，其中5种菌剂获准进入田间试验，6种经安全性评估后进入环境释放。转基因微生物在农业生产领域的应用应用于农业生产上的转基因微生物主要为转基因微生物农药、转基因微生物肥料，以及利用转基因微生物生产饲料酶。1.转基因微生物农药过量使用农药环境污染食物残毒病虫害抗药性生态破坏目前，中国是世界上农业重组微生物环境释放面积最大、种类最多和研究范围最广的国家，所取得的成就受到各国科学家的广泛关注和高度重视。转Bt基因重组杆状病毒、高毒广谱杀虫工程菌、棉铃虫核型多角体病毒杀虫剂等多种基因工程微生物杀虫剂经农业部安全性审批获准进入田间释放或中间试验重组猪生长激素、高效表达植酸酶的重组毕赤酵母以及其他几种基因工程疫苗也获准进入中间试验或环境释放阶段。转基因Bt菌剂苏云金芽孢杆菌（简称Bt）杀虫剂是公认的一类无公害的生物农药，也是目前国内外生产量最大、应用面积最广的微生物杀虫剂。全世界从Bt中发现并正式命名的ICP基因已有42大类250多种。马铃薯甲虫玉米螟小菜蛾中国在Bt分子生物学的研究中也取得了很多成果：1997年以来，我国自行克隆并经国际命名的新的杀虫蛋白基因达28种，占国际同期新发现Bt基因总数的1/3。华中农业大学生命科学学院微生物农药国家工程研究中心、农业部微生物重点实验室研制的苏云金芽孢杆菌高毒力菌株YBT-1520获国家发明专利。福建农林大学生物技术中心研制的苏云金芽孢杆菌遗传改良工程菌TS16等杀虫剂获化学工业部的农药生产证和农业部的农药登记证和出口证。南开大学生命科学院微生物学系进行了苏云金芽孢杆菌光谱基因工程菌的构建及新型高效菌株15A3的研究与开发，其成果已通过验收和鉴定。转基因病毒杀虫剂世界上有记载的昆虫病毒超过1000种，已开发投入市场的产品有30多种。中国研制了20多种病毒杀虫剂。中山大学构建了第一株对害虫具有迅速麻痹作用的基因工