工作研究
2021.07 畜牧业环境
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学术论文
摘 要：动物基因工程是在分子水平上操纵基因的复杂技术。它是体外将重组外源基因导入受体细胞的过程，使基因能够被复制、转录和翻译成受体细胞，是当下动物机体改造中最热门的技术。动物转基因技术、克隆技术和转基因克隆技术是动物基因工程的三个热门技术。其重要功能与重大意义会成为21世纪最炙手可热的研究领域。本研究对这三大类技术的发展应用进行了综述，着重说明了基因工程技术在动物育种、遗传检测等方面的应用情况，并讨论了该技术的发展前景。 关键词：动物；基因工程；转基因技术；克隆技术；遗传育种
1 动物基因工程技术概述
1973年，HBoyer和Cohen及其团队成功进行了体外重组实验，获得了具有双重抗性的大肠杆菌转化子（卡那霉素和四环素），标志着基因工程的诞生。基因工程是指狭义的基因工程。它是指在体外剪接和重组供体基因和载体，然后将它们转移到另一个有机体（受体），并根据人们的需要稳定
地遗传它们，表达新的性状或产生新的产品。重组DNA分子
在受体细胞中扩增，因此可以称为分子克隆或基因克隆。
动物基因工程一般包括传统操作技术中的杂交技术、现
代操作技术中的基因工程和细胞生物工程，充分体现了重组
DNA技术的工业化设计和实际应用，包括进行基因重组、克
隆和表达（DNA重组技术）的设计和构建的上游技术，以及
规模化培养基因工程菌和提取外源基因表达产物并纯化的下游技术。将下游操作工艺和装备复杂化会为上游重组DNA技术带来困难与麻烦，同理忽视上游重组的实现则是下游技术的桎梏——基因工程产业化的基本原则。基因工程是利用基因重组，进行体外剪切拼接，获得重
组后的新的目的基因，然后导入细胞或微生物体内并成功得
到表达，从而产生人类需要的产物。
基因工程是极具理论与技术性的当代前沿技术。设计重
组和表达分别在基因水平及细胞、组织和动物个体水平进行
的便是动物基因工程。主要分为三大类。
1.1 转基因动物
人工培养从动物体内分离提取或人工构建的目的基因，
并进行重建和扩增，再将此目的基因导入受精卵原核或细胞
质中，使其在受体细胞的基因组中稳定存在，移入母体，形
成新个体。这种通过人工手段使其带有人类所需的目的基因
的动物，便称为转基因动物。常用技术有原核显微注射法，
转染体技术和细胞载体技术。1.2 克隆动物
克隆也称核移植或无性繁殖，是使用特殊手段对处于特定发育阶段的动物细胞核供体及相应的核受体进行体外重
组，形成一个新的完整胚，再通过胚胎移植发育成新个体，
最终获得与核供体基因型相同的新个体。
1.3 转基因克隆动物转基因克隆动物是转基因技术与克隆技术的有效融合，它是以动物体细胞（包括多潜能干细胞、成体体细胞和胎儿成纤维细胞等）为受体，将目的基因通过转染导入能进行传
代培养的动物体细胞中，将其作为核供体，重新进行克隆。
简单来说就是在培育得到转基因动物后再进行动物克隆。科
学合理地应用这项技术能使基因转移效率快速提高，并使后
代数量短期大幅增加。
2 动物基因工程技术在应用方面的研究
2.1 基因工程激素
基因工程激素：通过外源投放来刺激动物生产能力。如
利用高效表达的大黄鱼生长激素酵母工程菌制成促生长饲料并投喂，能明显发现鱼类生长速度加快，同时使养殖周期缩短，成本有效降低。2.2 转基因动物通过增加或删除特殊DNA片段使其遗传结构得到修饰改
变的动物，且其发生改变的DNA可以遗传。从1980年Palmer
等人为哺乳动物受精卵注入外源基因得到生长加快的小鼠
后，各种转基因动物也应势而生。转基因的目标是按人类意
愿获得生产性能、抗病能力等更好的动物并降低成本。目前
动物基因工程技术在动物遗传育种上的
应用现状与发展前景
李慧敏
（郑州市农业综合行政执法支队，河南郑州 450000）
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图1 （动物）基因工程技术基本操作程序加权几何平均数
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畜牧业环境 2021.07
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面临的问题是人们知道的可控制生产性能的基因甚少，并且通过调节免疫反应增强抗病力的方法也需要更多深入研究。
2.3 哺乳动物遗传育种方面
在畜牧生产中，转基因动物对遗传改良，加快育种进程，及真核生物表达调控等都有所裨益。当出现符合人类预想或需求的转基因动物时，就能利用其优良体细胞核作供体来克隆，再进行量产，获得更多经济效益。在动物优势上，使选育种畜的性状稳定得到增强，育种效率提高，年限缩短，为育
种提供极大便利。同时，可以对家畜进行基因工程改造，植入带有特异抗原抗体的基因，获得具有一定抗病、抗虫等遗传免疫特性的转基因动物。
2.4 生物制药方面
转基因动物的乳腺可用于生产医用蛋白并提高基因表达效率、经济有效的生物反应器，如转入基因、激素、酶等能得到针对某些病症起作用的药物。将目的基因导入体细胞，成纤维细胞或胚胎干细胞中，再经过筛选出表达量最高的进行克隆，使后代动物乳腺中存在高表达量的蛋白质，这种方法即利用转基因技术结合克隆技术来生产乳腺生物反应器。2003年，Brophy等人通过这种方法使牛奶中β-酪蛋白含量提高了8%-20%，k-酪蛋白含量提高了两倍。利用转基因技术结合生物反应器生产转基因生物制剂会有不可预想的发展潜力。
2.5 建立动物模型和器官移植等医疗方面
鼠是人类最常使用的动物模型，而利用转基因鼠可以帮助人们更深入了解复杂疾病的成因过程。已建立的疾病鼠模型包括老年痴呆症、高血压、动脉硬化、器官移植方面，已有科学家成功敲除了猪的ɑ-1，3-半乳糖苷酶基因，为人类异体器官移植创造了可能。
在转基因技术为人类带来便利的同时也不能忽视其俱存的问题，最重要的是由外源基因整合，载体DN
A的使用及转基因表达带来的副作用，包括诱发基因位点突变或失活、致癌基因的激活等，例如转基因动物体内激素超常分泌。但是辨证地对待这些问题才能获得更好的发展。未来要解决的问题主要有三个：①到合适基因；②转化效率低，需要足够数量的合子才能成功获得一只转基因动物；③纯合子不易得，扩困难，但伴随体外受精、胚胎移植等技术的进一步发展，转基因动物技术也会成为一种重要的育种手段。socket通信
2.6 胚胎克隆与体细胞克隆
将胚胎卵裂细胞（体细胞）细胞核移植入已去核的卵母细胞中，经过融合、体内（或体外）培养使其发育成一个新个体即胚胎克隆（体细胞克隆）。利用这两项技术可以实现短期快速繁育优良性状个体，建立多个具有特定基因组的纯种品系，并结合胚胎生物工程技术，能建立最优遗传资源保护模式，甚至为其他科学领域，如营养学、药物学等提供良好的实验动物。
2.7 生物工程疫苗
以基因工程的操作过程作为基础，将病原微生物（可多种）的少量DNA（或RNA）重组到载体并在原核中表达，将产物制成疫苗，在不引起疾病爆发的同时实现宿主特异性重组。多效价的生物工程疫苗可同时针对多种疾病，且生产简单，不用经过病毒培养也能获得病毒重组疫苗。 2.7.1 病毒活载体疫苗
2.7.1.1 痘病活载体病毒
这种疫苗宿主范围广，增殖速度快，且稳定性好，可兼容大量基因，因此将痘病病毒作为载体建成疫苗操作简单，利用率高，表达效果好。目前已成功表达的保护性抗原基因有人类免疫缺陷病毒，流感病毒，传染性支气管病毒，小反刍兽疫病毒等，接种后攻毒效果好。
2.7.1.2 腺病毒活载体疫苗
腺病毒同样有宿主范围广，增殖速度快，稳定性好，可容基因组大的优点，同时还具备安全性好，表达的蛋白质有天然活性的特性。可以将其用于生物工程疫苗与肿瘤的研究。
①疱疹病毒活载体疫苗：疱疹病毒作为活载体由于基因组较大，因此可插入多个外源基因，同时能诱导产生特异性黏膜免疫。目前已实现的有伪狂犬疱疹病毒疫苗、火鸡疱疹病毒疫苗、Ⅰ型牛疱疹病毒疫苗。
②小RNA病毒活载体疫苗：近年来反向遗传技术的快速发展也促进了RNA病毒活载体的研究。目前正在进行且有一定进展的有新城疫病毒和对猪繁殖与呼吸综合征的研究。2.7.2 细菌活载体疫苗
2.7.2.1 沙门氏菌活载体疫苗
通过对动物进行实验，可得知口服重组减毒沙门氏菌病毒疫苗（如猪繁殖与呼吸综合征病毒，猪流行性腹泻病毒，猪瘟病毒等）可以诱导机体产生较强细胞免疫反应，其进一步的研究与应用也是未来可观的发展方向。
2.7.2.2 乳酸菌活载体疫苗
利用乳酸菌制作活载体疫苗安全性高，生理活性好，使机体免疫水平得到调节，抗原免疫原性得以提高，且制作工艺简单，成本低，使用方便快捷。在表达病毒、细菌等的主要保护性抗原中乳酸菌载体占得一席之地，相关研究也有不错的发展前景。另外也有用于构建表达细胞因子的重组活载体疫苗，如表皮生长因子，淋巴细胞趋化因子等。
2.7.2.3 李斯特细菌
能诱导产生黏膜和细胞免疫，可作为抗病毒（肿瘤）基因工程菌研究的理想载体。基因工程活载体疫苗能诱导动物产生多种免疫，操作简单，安全方便，生产成本低，且其能有效传递抗原，在表达外源抗原的操作方面更具灵活性。但是选择针对性更强的合适活载体才能避免潜在危险与干扰，提高各种活载体系统的安全性、靶向性和有效性，这是今后研究的重点方向。
基因工程的出现，使针对家畜病毒性或细菌性传染病的基因工程疫苗开始变得热门起来。不论是乙肝
纤维蛋白酶炎病毒、狂犬病病毒，还是牛瘟病毒，其对应疫苗研制都取得巨大成功。在市场需求和科技进步的双重推动下，重组基因工程疫苗，将会逐渐占主导地位，并有重大商业价值。
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2.7.3 核酸探针
探针是指可以和特定目标强烈反应并且可被检测出的分子，而核酸探针则是通过碱基互补配对的方式以氢键与目标结合的分子，结合力强，特异性高。
2.7.
3.1 病原微生物的检测方面
应用核酸探针可以快速确定知道病原微生物特定核苷酸在受感染组织中是否存在，且制备核酸探针的DNA片段稳定可长期保存。目前EB核酸探针，单纯疱疹核酸探针，乙型肝炎核酸探针等50多种病毒核酸探针及志贺氏菌，结核分枝杆菌，致病性大肠杆菌等细菌核酸探针已用于检测及其他应用。
2.7.
3.2 在遗传性疾病及点突变的直接分析方面
当前已有的核酸探针可进行点突变的直接分析，即根据寡核苷酸链给定的等位基因间的一个碱基对的错配来鉴别其基因型。已用于镰刀形细胞贫血症等的研究。
2.7.
3.3 用于检测抗生素耐药性 流行病学调查 诊断恶性肿瘤等
基因探针主要用于动物疾病诊断，用PCR扩增法与其相辅使用，可以推动其实用性，经过后续研究能逐渐达成敏感度提高，诊断成本减少等的目标。
2.7.4 DNA指纹技术
用不同多核小卫星（串联重复序列）做探针进行杂交可获得不同杂交图谱，不同个体图谱上带的位置不同，即称DNA指纹图。其多位点性、高度变异性、遗传方式简单的特点，使此技术充分利用于不同方面。良种登记、亲缘鉴定、品种（系）纯度测定等都可用DNA指纹技术，其在亲子鉴定方面较成功。
2.7.5 预测优势
现代遗传育种中，利用优势预测杂交模式是常用手段，利用DNA杂交，能通过品种（系）DNA指
纹图谱来分析品种间遗传距离，方法成熟，结果可靠。当前已有利用小卫星探针分析了湖北猪Ⅲ（Ⅳ）系，与长白、杜洛克品种的遗传差距，并据此得出不同经济性状与优势间的关系。2.7.6 用于遗传结构分析 物种起源分化等
词源学DNA指纹技术在分析品种（系）间遗传距离的同时上，还可得出不同地域表型的品种（系）的遗传分化关系，进而能对物种资源进行合理利用与保护。研究表明，在对波尔山羊亲本及杂交后代多态性研究后发现其与唐山奶山羊的亲缘关系较近；对江西6个地方黑猪进行DNA多态性分析，确定了不同地域猪有着相近的亲缘关系，据此可划为同一猪种。DNA指纹技术作为一门新兴的遗传标记技术还有很大的研究空间与进步。
2.7.7 胚胎性别鉴定
用DNA探针与Y染体上SRY序列结合，依据杂交结果确定胚胎性别。相比于之前在胚胎上取多个细胞作为材料，现在使用的多聚酶链式反应更加简单高效，且产生的负面影响少。哺乳动物的性别鉴定更加频繁，根据需求不同，对动物的性别要求也不同，如肉牛中偏向公牛，而奶牛则偏向母牛。
家禽繁育中，不论产蛋还是生肉，雏禽性别都与经济效益栖息相关。以产蛋为生产目标时，母鸡需求量远高于公鸡，而在追求肉鸡产品中，母鸡对饲料的利用率，生命力生长速度等远不如公鸡，因此对公鸡需求量大。合理使用胚胎性别鉴定技术，可以针对目标与需求更快获得经济效益。随着科技进步
与研究的深入，胚胎性别早期鉴定还可用于更多方面。
2.7.8 利用基因工程技术生产其他物质
（1）生长激素使胴体总能量摄入增加，但蛋白质增加，脂肪降低，且胴体质量、生产效益都明显增加。同时使奶产量增加但组成不变。
（2）纤维素酶基因在酵母中表达，提供充分碳源，以生产单细胞蛋白质饲料，提供廉价优质饲料。
（3）瘤胃微生物遗传改造，使纤维素转化率提高，饲料使用量降低，但微生物种类繁多，且适应瘤胃环境程度不同，工程菌建立有一定困难，也是今后要解决的问题。
（4）利用基因工程育种技术可以培育获得抗病虫害、抗逆性更好，生产性状、适应性更优良的品种，同时获得更多高的经济效益。
3 结语
随着生物科学的兴起与技术的快速发展，动物基因工程的研究也正在更进与创新中慢慢进入实际生产，并为畜禽等动物和人类的传染病及肿瘤防治提供更多解决方法，为人类和动物健康与食品安全甚至社会进步起巨大作用。但是基因工程还是一门崭新的科技，人们需要探究与了解深入的方面还有很
多，这就需要我们在研究与实践中探索出新的道路，在保证人类及动物健康与安全，不影响环境与现有生物系统的可持续发展的基础上，为人类带来更高的经济效益的同时，坚持辨证唯物主义的科学态度，谨慎严苛，认真负责，从实际考虑出发，才能真正为人类谋到福祉，创造幸福生活。
参考文献
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[2]黄晓南.大黄鱼生长激素基因工程酵母的发酵及其对鱼苗的促生长作用[J].福建畜牧兽医，2011（2）：17-19.
[3]周丹，安玲，马艳娇，等.转基因动物的研究进展及其在畜牧业上的应用[J].现代畜牧兽医，2010，（7）：75-80.
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