转基因的那些事

信息发布员 2017-11-20 18:00:59

孙敬春 褚瑰燕 史新娥 李晓 于太永 雷安民 杨公社

西北农林科技大学 动物科技学院  陕西杨凌  712100

上世纪七十年代,转基因技术尚未发现,科学家只是利用体外重组的DNA通过微生物进行克隆和表达。人们就开始担心重组DNA试验会引发新的病原体,导致致命流行病等等。但科学家经过大量实验证据表明,在严格控制下,重组DNA技术是安全的,同时利用该技术生产了商品化的医疗蛋白。如今,随着转基因技术的发明,尤其是转基因植物大面积的栽 是什么? 

1.什么是基因?

人类对基因的认识经历了漫长的岁月。19世纪60年代,遗传学家孟德尔通过豌豆杂交试验提出了生物的性状是由遗传因子控制的观点。20世纪初期,遗传学家摩尔根通过果蝇的遗传实验,认识到基因存在于染色体上,并且位于同一染色体上的两个基因可以通过染色体交换而分处在两个同源染色体上。1909年遗传学家约翰逊在《精密遗传学原理》一书中正式提出了“基因”的概念。随着分子遗传学的发展,直到20世纪50年代,沃森和克里克提出了脱氧核糖核苷酸(DNA)双螺旋结构,人们才进一步认识了基因的本质。

基因是具有遗传效应的DNA片段,是产生一条多肽或功能RNA所需的全部核苷酸序列。它支撑着生命的基本构架和性能。基因包括编码序列(外显子)、单个编码序列间的间隔序列(内含子)和编码区前后对于基因表达具有调控功能的序列(启动子和终止子)。

基因储存着生命的种族、血型、孕育、生长、凋亡等过程的全部信息。环境和遗传的互相依赖,演绎着生命的繁衍、细胞分裂和蛋白质合成等重要生理过程。生物体的生、长、衰、病、老、死等一切生命现象都与基因有关。它也是决定生命健康的内在因素。因此,基因具有双重属性:物质性(存在方式)和信息性(根本属性)。不同物种中基因数量差异很大,如人类大约有25000个基因,简单的RNA病毒只有8个基因,流感病毒大约有1700多个基因,大肠杆菌有近4300个基因。生物的某个性状可由一个基因决定,也可由多个基因或一组基因共同决定。

2.什么是转基因技术和产品?

转基因技术的理论基础来源于由进化论衍生来的分子生物学。基因片段的来源可以是提取特定生物体基因组中所需要的目的基因,也可以是人工合成指定序列的DNA片段。DNA片段被转入特定生物中,与其本身的基因组进行重组,再从重组体重进行数代的人工选育,从而获得具有稳定表现特定的遗传性状的个体。

转基因产品是采用转基因技术改造后的生物体及加工产品,主要包括转基因生物和转基因食品。转基因生物是指经转基因技术修饰的生物体,常被称为“遗传修饰过的生物体”(Genetically modified organism,简称GMO),包括转基因植物、动物和微生物;转基因食品是指利用生物技术改良的动物、植物和微生物所制造或生产的食品、食品原料及食品添加物等。

3.转基因技术与传统育种技术有何异同?

自从人类养殖动物和耕种作物以来,就从未停止过对养殖的动物和耕种的作物进行遗传改良。随着科技的不断进步,这种遗传改良逐渐发展成为一种重要的农业科学技术,即育种学。传统的育种学主要采取杂交育种技术,即通过携带优良遗传性状基因的父母本通过有性杂交,获得优于父母本的子代个体,通过选择获得优良品种,优良品种对于推动现代农业的发展具有十分重要的意义。不同物种,其育种技术千差万别,但根本目标都是使目标物种最大程度地具备对人类生产、生活有利的特征,而减少不利的性状。基因是决定生物性状和特征的根本要素。因此,育种的基本原理就是通过人为的干预,使养殖的动物和种植的作物不断地积累“有利”基因而减少“不利”基因。无论是传统的常规育种技术,还是现代生物技术产生的转基因育种技术,都是以使动物或植物获得优良基因为目的来进行遗传改良的。在这个层面上,转基因育种与常规育种是一脉相承的,其本质相同,都是遗传物质,即基因的交换。

但是,转基因技术又与传统育种技术明显不同。我们上面提到,常规育种技术要通过有性生殖阶段,然而要从种外引入优良基因就无能为力了,因为不同的物种难以或根本不能产生后代,即所谓的“生殖隔离”。首先,转基因技术可以打破物种的界限,实现传统育种技术不能做到的物种间的基因转移,理论上可实现任何物种间的基因交流。其次,转基因技术实现了对具体基因进行精确操作。传统育种技术通常是在基因组水平上对目标物种进行选择的,对于目标物种后代性状的预见性相对较差;而转基因技术则是针对功能明确的基因进行操作和转移,可以准确地预知转基因后代的性状。就是由于转基因技术与常规育种技术间存在的这两个明显的不同,使科学家通过转基因技术可以更加快速、高效地改变目标物种的性状特征,从而极大地加快了育种的速度、提高了育种的效率。  

4.基因编辑技术与转基因技术有何区别?

基因编辑技术是一项对生物体内源基因进行精准定点修饰的技术,主要包括锌指核酸酶(ZFN)、类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)和规律性重复短回文序列簇(CRISPR/Cas)。2016年4月,美国农业部(USDA)相继宣布免除对杨亦农等利用CRISPR/Cas9 技术编辑的抗褐变蘑菇以及杜邦先锋公司的基因编辑玉米的监管,此消息一经发布便引起了业界人士的密切关注。从原理上看,基因编辑主要是对目的基因的靶向修饰,从而使基因组产生与自发突变或诱发突变机理相似、并能稳定遗传给后代的变异,不含任何外源DNA,而转基因技术则是将外源基因片段转入到生物体中使之进行重组从而达到修饰特定基因的目的,并没有靶向性。与传统的转基因技术相比,基因编辑技术因为没有带入外源性的基因,并且是在生物体基因组中进行的靶向遗传修饰,减少了外源基因的随机插入和“基因漂流”的风险。然而任何一项科学技术都不是绝对完美的,基因编辑技术也存在着很多的不足,如ZFN技术不能在任意靶点进行特异性的切割;TALEN技术中的表达载体过大,影响转染效率;CRISPR/Cas9系统中的脱靶率会更高等。

总而言之,无论转基因技术,还是近年来比较火热的基因编辑技术,它们都是科学不断发展和技术不断创新的产物,是为了更好的去服务社会、服务人类。与此同时,世界各国也通过严格的立法和制定技术标准对转基因生物及其产品实施安全监管。随着分子生物学的不断发展及科研人员的不断探索求知,这些新兴的技术也在不断的发展与完善,其真正的价值以及带来的效益也会在未来逐渐显现出来。

参考文献

[1] Wltz E. Gene-edited CRISPR mushroom escapes US regulation (N) [J]. Nature ,2016,532(7599):293.

[2] 李想, 崔文涛, 李奎. 基因编辑技术及其应用的研究进展[J]. 中国畜牧兽医, 2017, 44(8): 2241-2247.

[3] 郑若石. 生物序列数据库中相似性查询处理技术的研究[D]. 东北大学, 2004.

[4] 彭勃文, 黄季焜. 中国消费者对转基因食品的认知和接受程度[J]. 农业经济与管理, 2015, 1: 004.

[5] 高汝勇. 基因概念的发展历程[J]. 科技风, 2009 (11).


    热门文章

    推荐阅读