摘要:本文综述了转基因家禽(主要是转基因鸡)的应用领域、基本原理和方法
关键词:转基因;家禽;应用领域;基本原理;方法
转基因技术的发展令人瞩目,其中植物、微生物转基因技术成果已经产业化,为人类带来了巨大的经济效益。转基因动物特别是转基因家禽由于具有更为优秀的生产能力和良好的市场前景,从而成为国内外研究的热点。本文以鸡为例针对当前转基因家禽生产的应用领域、基本原理和方法作一介绍。
1 转基因鸡的应用领域
转基因鸡的研究在动物育种、生物制药等方面的应用价值具体表现在以下几个方面:
1.1 加快QTL选择进程 在某些情况下,转基因家禽可以作为验证侯选数量性状位点假设的一种方法。比如,我们已经通过某种分子标记从整个鸡的基因组中确定下了某几个位点中的一个或部分为某一性状的QTL,这时我们就可以对这几个位点进行顺序突变,然后根据表型,逐个排除,最终确定主效基因。但是,进行突变或有巨大效应的单个基因插入到基因组后,可能会产生一系列不利的表型反应,如同在高选择强度下对单个性状选择时经常表现的那样,这样可能会给我们的研究过程带来不便,比如,很高的死亡率,整体功能的失调等,这些都会影响性状的表现(严华祥,1994)。但是,随着基因组功能研究的深入,许多负表现会被克服,转基因方法可能会取代传统的选择方法。
1.2 提高肉蛋的产量与质量 可以通过转基因操作将作用显著的激素和生长因子的基因导入鸡的基因组或对某些生产性能不利基因进行敲除,从而大大提高其产量。如把反刍动物小肠细胞中的纤维素酶基因导入鸡体,使鸡体可以分解多糖,这样,就产生了食草而产蛋长肉的鸡,并且增加了鸡的饲料来源(陈汉源,1999)。
1.3 进行抗病育种 应用基因剔除技术破坏鸡体内源的病毒受体基因,可以防止病毒侵入。也可以通过标记辅助选择技术找出与鸡的抗病特性相关的位点,然后进行PCR扩增,再通过适当的方法导入鸡的胚胎细胞,并使用酶切技术对其同源序列进行替换,然后进行胚胎培养,最后结合数量遗传学的方法进行抗病品系培育。
1.4 生产医用、保健蛋白 继乳腺生物反应器之后,转基因鸡生物反应器又成为新的热点。通过转基因技术导入人和动物各种抗体的基因,用来防治人和动物的疾病。另如,又可将SOD基因和人瘦素蛋白基因导入鸡的基因组中,然后从鸡蛋中提取有效成分,用来生产化妆品和保健品。因为转基因鸡有着其特殊的优越性,故利用转基因鸡生产药物的研究已受到国际上的极大关注和重视,必将产生极大的经济与社会效益。
2 基本原理
2.1 蛋的形成 作为鸡转基因操作的主要场所和外源基因产物的载体,对蛋的形成过程有必要作一番了解。从母鸡前次产蛋时间起,24 min后,卵巢排卵。排卵后3—35 min卵子进入漏斗部。禽类是多精入卵,但只有一个精子与卵结合,精子入卵时,卵子处于第二次减数分裂中期,精子入卵后,卵子排出第二极体,形成雌原核;此时,精子头部膨大,形成雄原核,雌雄原核结合,完成受精过程。禽类的卵在输卵管漏斗部受精后,在输卵管内向泄殖腔方向移动。在卵的膨大部形成卵系带和浓蛋白,然后进入输卵管的峡部。在输卵管的峡部,首先由管壁腺体分泌形成的蛋白纤维覆盖于浓蛋白之外,形成内壳膜,然后在峡部继续移动,形成第二层较厚的蛋白纤维层,即外壳膜;在子宫部形成蛋壳、蛋壳色素以及稀蛋白的水分,最后进入阴道部,再通过泄殖腔排出体外。
2.2 胚胎系统的建立及发育 针对于转基因的制作,着重介绍一下原生殖细胞(PGCs)起源及迁移。原生殖细胞(PGCs),就是指能发育为精子或卵子的祖先细胞。鸟类PGCs来源于上胚层,即第Χ期胚胎明区的中央带细胞群。至于来源于上胚层的那一部分,视鸟类的种类不同而不同。PGCs从Ⅻ期开始由上胚层向下胚层迁移。迁移下来的PGCs由下胚层或中胚层携带进入生殖新月区,故生殖新月区和内胚层是PGCs的第二停顿地方,随着胚胎发育到第Ⅺ至第Ⅻ期,PGCs首先在上胚层聚集,然后迁移至下胚层,孵化18 h左右PGCs迁移至原条期的生殖新月区处。第Ⅻ期胚胎循环系统开始发育,大致在孵化72 h左右时原始生殖细胞随着血液迁移到生殖脊。经过4 d左右的迁移,原始生殖细胞全部位于生殖脊处。PGCs从生殖新月区向生殖脊原基的迁移过程,可分为分离期、迁移期和安置期3个阶段。其中,PGCs迁移的机制有以下3种:第一,生殖脊皮质能够分泌一种糖蛋白物质,这种物质具有吸引原生殖细胞向生殖脊迁移的能力,并且这种吸引力在较远距离仍没有物种的区别。鸡胚的性腺能吸引来自火鸡,甚至小鼠循环血液中的原生殖细胞。第二,在体内正常的情况下,PGCs通过毛细血管内皮的间隙进入内脏壁中胚层。PGCs首先粘附于血管内皮表面,然后产生一个膨大的伪足穿过内皮缝隙,运动到脏壁中胚层之中。第三,所有羊膜动物的PGCs均通过背肠系膜运动而达到生殖腺原基。最早从上胚层迁移下来的PGCs首先到达正在扩展的下胚层上,于Ⅻ-ⅩⅢ期随着下胚层以离心方式扩展而被动地被携带迁移进入生殖新月区。在明区的前端边缘地带组成该生殖新月区的外胚层基膜上有一纤维区域,鸡胚PGCs就粘附在位于明区边缘上胚层的基膜上的纤维状条带区,并顺着它迁移。迁移到生殖脊后,精原细胞直到性成熟即精子开始生成之时才开始增殖;对于雌性的生殖细胞,卵母细胞在孵化前或出生后便进入分裂停止时期,直到性成熟还保持静止状态。