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動物轉基因技術在牛育種中的應用

  作者: 來源: 日期:2009-12-10  
     動物轉基因技術主要方法受精卵原核顯微注射法該方法是以單細胞期受精卵為靶細胞,利用顯微注射技術構建的載體DNA直接注入受精卵的雄原核,并將注射的受精卵移入假孕母體輸卵管中繼續發育,獲得轉基因動物個體。該途徑獲得的GOF模型的效率較高,操作簡便,實驗周期短;其轉基因的長度沒有嚴格限制,適用動物物種廣泛。但由于轉基因的整合是隨機的,因此整合的位點、拷貝等均難以精確控制。同時隨機整合也可造成較嚴重的插入突變,影響基因組的其他結構和功能,無法滿足精確修飾的要求。此外,遺傳修飾的方法無法在細胞階段得到確證,必須在得到轉基因動物后才能驗證。目前在普通的GOF轉基因動物研究中,受精卵原核顯微注射已作為常規方法推廣應用。

    精子載體法其方法是將成熟的精子與外源基因進行預培養后使精子有能力攜帶外源DNA進入卵中,使之受精,并使外源DNA整合于染色體中。該方法涉及的基因轉移方法簡便,效率高,育種所用的體外受精技術已相當成熟;動物育種不經過嵌合體,實驗周期短。但從目前的研究結果看,該體系和“受精卵顯微注射”途徑一樣具有目的基因整合的隨機性和無法早期試驗驗證修飾等特點,成功的例子不多,還有待進一步研究。

    胚胎干細胞介導法胚胎干細胞是從早期胚胎的內細胞體經過體外培養建立起來的多潛能細胞系。體外培養ES細胞,利用電穿孔等基因轉移技術將載體DNA轉入ES細胞后,在體外經過適當的篩選和鑒定,首先得到符合設計要求的基因組修飾,再將所獲得的ES細胞經過囊胚腔注射等與受體胚囊細胞混合,并移植入假孕母體子宮繼續發育產生嵌合體,通過利用生殖系嵌合子代設計適當的交配育種獲得純系。該系統能將所有上述遺傳修飾在細胞中得以實現,并由此引入到轉基因動物整體,遺傳修飾能力強且十分準確。基因轉移操作簡便,體外培養細胞階段即可經分子鑒定來保證只有發生預設遺傳修飾的ES細胞用于囊胚腔注射。但目前可用于該系統的ES細胞只來源于小鼠,適用物種少。此外動物育種需經過嵌合體途徑,受ES細胞生殖嵌合能以及交配概率的影響,實驗周期較長。

    逆轉錄病毒法利用逆轉錄病毒DNA的LTR區域具有轉錄啟動子活性這一特點,將外源基因連接到LTR下部進行重組后,包裝成高滴度顆粒直接感染受精卵,或微注入囊胚腔中,攜帶外源基因的逆轉錄病毒DNA整合到宿主染色體上。該方法優點是操作簡單,外源基因的整合效率較高;動物病毒所具有的啟動子不但可以引發一些選擇標記基因的表達,還能引發所導入的外源基因的表達。在各種轉基因方法中,逆轉錄病毒法是最有效的方法之一,但是反轉錄病毒載體容量有限,并且外源基因難以植入生殖系統,成功率較低。病毒衣殼大小有限,不能插入大的外源DNA片段,它們只能轉移小片段的DNA(≤10kb)。因此,轉入的基因很容易缺少其鄰近的調控序列。攜帶外源基因的病毒載體在導入受體細胞基因組過程中有可能激活細胞DNA序列上的原癌基因或其他有害基因,安全性令人擔憂。

    人工酵母染色法人工酵母染色法(YAC)是一種新型載體。其容量巨大,有克隆百萬對堿基的大片段DNA的能力。因此可以保證大基因的完整性,保證所有順式作用因子的完整性和完整的結構基因位置的不變性,因此保證了長片段外源基因的整合效率,可消除和減弱基因整合后的位置效應。

    基因打靶法早在20世紀90年代就出現了外源DNA導入技術即基因敲除和基因楔入。基因敲除類似于同源重組,指外源DNA與受體細胞基因組中順序相同或非常相近的基因發生同源重組而整合到受體細胞的基因組中。此法結合位點精確,基因轉移率高,但不能產生核苷酸水平的突變。這一技術不僅為基因定位整合進而為哺乳動物種系改造開拓了道路,而且在缺陷基因的修飾以及生命科學的理論研究上,將有很大的研究價值。我國早在2002年就在國際上首創采用基因打靶技術得到功能基因轉基因山羊。

    在制作轉基因動物時,除上述幾種轉基因方法外,為了某種特殊需要也探索一些其他方法,如受體介導法、激光導入法、扎刺法、磷酸鈣沉淀法等。

    轉基因牛研究進展利用轉基因技術對牛進行品種改良或新品種培育主要體現在兩個方面。一是提高牛的抗病能力。二是提高牛的肉奶產量、改善奶品質。同時轉基因技術在改善牛的生長、肉質等性狀也有一些重要進展。

    展望動物轉基因技術存在的主要問題是轉基因動物成活率低,轉基因牛的成活率僅為0.7%。外源基因在宿主細胞中的整合率很低,而且外源基因的整合位點不可控制,已整合的外源基因很容易從宿主基因中消失,遺傳給后代的概率也較低。盡管存在著這樣那樣的問題,但是十幾年來,轉基因技術的應用不僅使整個生命科學的研究發生了前所未有的深刻變化,而且也給工農業生產和國民經濟發展帶來了不可估量的影響。目前,我國牛基因育種與國際同行相比存在過于分散、簡單重復、規模小等問題。大規模現代化研究設施、新技術、新方法已在牛新品種培育及現有品種改良上發揮著越來越重要的作用。因此,我國急需建立一體化的國家牛基因育種中心,為擴大規模發展基因育種提供平臺。

 
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