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动物转基因技术在牛育种中的应用

2010-7-29 01:08| 发布者: admin| 查看: 1593| 评论: 0

摘要:   动物转基因技术主要方法受精卵原核显微注射法该方法是以单细胞期受精卵为靶细胞,利用显微注射技术构建的载体DNA直接注入受精卵的雄原核,并将注射的受精卵移入假孕母体输卵管中继续发育,获得转基因动物个体。该 ...

 

  动物转基因技术主要方法受精卵原核显微注射法该方法是以单细胞期受精卵为靶细胞,利用显微注射技术构建的载体DNA直接注入受精卵的雄原核,并将注射的受精卵移入假孕母体输卵管中继续发育,获得转基因动物个体。该途径获得的GOF模型的效率较高,操作简便,实验周期短;其转基因的长度没有严格限制,适用动物物种广泛。但由于转基因的整合是随机的,因此整合的位点、拷贝等均难以精确控制。同时随机整合也可造成较严重的插入突变,影响基因组的其他结构和功能,无法满足精确修饰的要求。此外,遗传修饰的方法无法在细胞阶段得到确证,必须在得到转基因动物后才能验证。目前在普通的GOF转基因动物研究中,受精卵原核显微注射已作为常规方法推广应用。

  精子载体法其方法是将成熟的精子与外源基因进行预培养后使精子有能力携带外源DNA进入卵中,使之受精,并使外源DNA整合于染色体中。该方法涉及的基因转移方法简便,效率高,育种所用的体外受精技术已相当成熟;动物育种不经过嵌合体,实验周期短。但从目前的研究结果看,该体系和“受精卵显微注射”途径一样具有目的基因整合的随机性和无法早期试验验证修饰等特点,成功的例子不多,还有待进一步研究。

  胚胎干细胞介导法胚胎干细胞是从早期胚胎的内细胞体经过体外培养建立起来的多潜能细胞系。体外培养ES细胞,利用电穿孔等基因转移技术将载体DNA转入ES细胞后,在体外经过适当的筛选和鉴定,首先得到符合设计要求的基因组修饰,再将所获得的ES细胞经过囊胚腔注射等与受体胚囊细胞混合,并移植入假孕母体子宫继续发育产生嵌合体,通过利用生殖系嵌合子代设计适当的交配育种获得纯系。该系统能将所有上述遗传修饰在细胞中得以实现,并由此引入到转基因动物整体,遗传修饰能力强且十分准确。基因转移操作简便,体外培养细胞阶段即可经分子鉴定来保证只有发生预设遗传修饰的ES细胞用于囊胚腔注射。但目前可用于该系统的ES细胞只来源于小鼠,适用物种少。此外动物育种需经过嵌合体途径,受ES细胞生殖嵌合能以及交配概率的影响,实验周期较长。

  逆转录病毒法利用逆转录病毒DNA的LTR区域具有转录启动子活性这一特点,将外源基因连接到LTR下部进行重组后,包装成高滴度颗粒直接感染受精卵,或微注入囊胚腔中,携带外源基因的逆转录病毒DNA整合到宿主染色体上。该方法优点是操作简单,外源基因的整合效率较高;动物病毒所具有的启动子不但可以引发一些选择标记基因的表达,还能引发所导入的外源基因的表达。在各种转基因方法中,逆转录病毒法是最有效的方法之一,但是反转录病毒载体容量有限,并且外源基因难以植入生殖系统,成功率较低。病毒衣壳大小有限,不能插入大的外源DNA片段,它们只能转移小片段的DNA(≤10kb)。因此,转入的基因很容易缺少其邻近的调控序列。携带外源基因的病毒载体在导入受体细胞基因组过程中有可能激活细胞DNA序列上的原癌基因或其他有害基因,安全性令人担忧。

  人工酵母染色法人工酵母染色法(YAC)是一种新型载体。其容量巨大,有克隆百万对碱基的大片段DNA的能力。因此可以保证大基因的完整性,保证所有顺式作用因子的完整性和完整的结构基因位置的不变性,因此保证了长片段外源基因的整合效率,可消除和减弱基因整合后的位置效应。

  基因打靶法早在20世纪90年代就出现了外源DNA导入技术即基因敲除和基因楔入。基因敲除类似于同源重组,指外源DNA与受体细胞基因组中顺序相同或非常相近的基因发生同源重组而整合到受体细胞的基因组中。此法结合位点精确,基因转移率高,但不能产生核苷酸水平的突变。这一技术不仅为基因定位整合进而为哺乳动物种系改造开拓了道路,而且在缺陷基因的修饰以及生命科学的理论研究上,将有很大的研究价值。我国早在2002年就在国际上首创采用基因打靶技术得到功能基因转基因山羊。

  在制作转基因动物时,除上述几种转基因方法外,为了某种特殊需要也探索一些其他方法,如受体介导法、激光导入法、扎刺法、磷酸钙沉淀法等。

  转基因牛研究进展利用转基因技术对牛进行品种改良或新品种培育主要体现在两个方面。一是提高牛的抗病能力。二是提高牛的肉奶产量、改善奶品质。同时转基因技术在改善牛的生长、肉质等性状也有一些重要进展。

  展望动物转基因技术存在的主要问题是转基因动物成活率低,转基因牛的成活率仅为0.7%。外源基因在宿主细胞中的整合率很低,而且外源基因的整合位点不可控制,已整合的外源基因很容易从宿主基因中消失,遗传给后代的概率也较低。尽管存在着这样那样的问题,但是十几年来,转基因技术的应用不仅使整个生命科学的研究发生了前所未有的深刻变化,而且也给工农业生产和国民经济发展带来了不可估量的影响。目前,我国牛基因育种与国际同行相比存在过于分散、简单重复、规模小等问题。大规模现代化研究设施、新技术、新方法已在牛新品种培育及现有品种改良上发挥着越来越重要的作用。因此,我国急需建立一体化的国家牛基因育种中心,为扩大规模发展基因育种提供平台。


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