转基因技术与传统技术是一脉相承的,其本质都是通过获得优良基因进行遗传改良,下面我们一起来看看转基因技术的应用具体有哪些。
转基因技术的应用具体有哪些
(1)对基因功能及其表达调控的基础研究中,转基因技术已成为必不可少的工具。将目标基因导入到不同物种中,研究基因的结构和功能、组织特异性表达水平、代谢网络调控,从而最终揭示目标基因的功能已成为现代分子生物学研究中普遍采用的方法。另外,植物功能基因组学研究所需要的大量突变体,也是大多通过转基因技术获得的。
(2)转基因技术在农业中的应用,除了包括人们熟知的转基因育种之外,还可应用于动植物病害防治。目前,转基因技术应用规模最大的领域就是转基因育种。除了培育众所周知的转基因抗虫和抗除草剂农作物外,转基因技术还可应用于培育为提高产量、改善品质、抗性增强等性状而改良的多种植物新品种。
①抗除草剂转基因植物。杂草是农作物生产的大害,将抗除草剂基因转入栽培作物,能有效地防治田间杂草,保护作物免除药害。目前从植物和微生物中已克隆出多种不同类型抗除草剂的基因。抗除草剂转基因植物是最先进入田间生产的转基因植物,2009年转基因耐除草剂大豆仍然是主要的转基因作物。
②抗病毒、抗细菌、抗真菌转基因植物。通过导入植物病毒的外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、核糖体失活蛋白基因、干扰素基因等来提高植物抗病毒能力,目前转基因番木瓜已经商业化生产,具有显着的抗病效果。非植物起源的杀菌肽基因在植物上表达可使植物获得对病原细菌的抗性;植物也拥有抗细菌基因,如拟南芥Rps2基因和番茄Pto基因,这些基因的转基因植物也可使植物表达对病原细菌的抗性。与抗虫和抗病毒基因工程相比,抗真菌基因工程难度较大,近年来,对植物与真菌病原相互作用的分子机理有初步了解,并完成了抗真菌基因的克隆,抗真菌转基因作物面世也为期不远。
③抗虫转基因植物。昆虫对农作物的危害极大,目前对付昆虫的主要方法仍然是化学杀虫剂。采用转基因技术可以将抗虫基因转入作物体中,由作物本身合成杀虫剂,使其获得抗虫特性,减少杀虫剂的使用。抗虫基因主要有毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、植物凝集素基因、淀粉酶抑制剂基因等。自从将苏云金杆菌(Bacillusthuringiensis,简称Bt)的Bt毒蛋白基因导入烟草并成功表达出抗虫特性以来,抗虫转基因作物发展迅速,转基因抗虫棉、抗虫玉米等均已进入商业化生产。
④抗逆境转基因植物。植物对逆境的抵抗一直是人们关心的问题。为提高植物对干旱、低温、盐碱等逆境的抗性,研究人员试图将一些抗逆境基因克隆后转入植物。例如科学家目前已成功地将北冰洋比目鱼的抗冻基因导入草莓中,并在美国上市销售。
⑤改良品质的转基因植物。通过转基因技术手段,可以提高植物的营养价值(提高蛋白品质、提高能量品质、提高维生素含量、提高微量元素含量),改进食用和非食用油料作物的脂肪酸成分,改善水果及蔬菜的口味等。例如,利用转基因技术在植物中表达编码半乳糖内脂脱氢酶的基因,可以提高维生素C的水平;将由玉米种子克隆的富含必需氨基酸的基因导入马铃薯后,转基因马铃薯块茎中的必需氨基酸提高10%以上。
⑥控制果实成熟的转基因植物。乙烯是植物果实成熟时重要的内源激素,通过控制乙烯合成的关键酶可延长某些水果和蔬菜瓜果的保鲜期;也可通过控制与细胞壁成分降解有关的酶的反义基因,来控制果实变软,延长保鲜期。
⑦复合性状转基因植物。复合性状是转基因作物一个非常重要的特点,也是未来的发展趋势,2009年总共有2870公顷的复合性状转基因作物,美国种植的复合性状作物占到全部6400万公顷转基因作物的41%。2010年,美国将会投放SmartstaxTM玉米,此种转基因玉米具有八种不同的新型编码基因,呈现三种性状,两种为抗虫性(一种抗地上害虫,一种抗地下害虫),第三种为除草剂耐性。未来的复合性状将包括抗虫、抗除草剂和耐干旱性,加上营养改善性状,如高Ω-3油用大豆或增强型维生素原A的金米。虽然转基因动物品种尚未真正得到应用,但针对动物抗病、促进生长、提高产量和质量的转基因育种正在快速发展之中。此外,转基因技术也可应用于动植物病害的防治,如利用转基因技术可以研制新型转基因蛋白农药和疫苗。
(3)医学中转基因技术的应用范围越来越大。动物转基因技术可以创造诊断和治疗人类疾病的动物模型,可克服单纯依靠自然突变体的局限。转基因技术还可以应用于药用蛋白的生产,如利用转基因微生物发酵培养或利用转基因动植物作为生物反应器可生产胰岛素、干扰素等珍稀药物,还可利用动植物生产疫苗。美国FDA2009年就批准了19个新分子实体和6个治疗性生物制剂,包括ATryn(一种从转基因山羊中得到的抗凝血酶重组蛋白)和Cervarix(一种用于预防人乳头瘤病毒第16、18型病毒引起的子宫颈癌与癌前病变的疫苗)等人用新药。此外,现代医学正在积极探索直接使用转基因来治疗一些人类的疾病。
(4)转基因技术可应用于工业生产。如利用转基因技术改良曲霉、酵母等微生物菌种,通过发酵可生产食品添加剂和加工助剂,或者直接用于酱油和奶制品等的生产,达到提高产量或改善风味等目的。现已获准商业化使用了转基因面包酵母和啤酒酵母。在生物质能源生产中,转基因技术不仅用于培育生物质能源植物新品种,还将应用于发酵过程中的微生物改造和复合酶的生产。工业重金属污染的治理也正在探索使用可进行生物修复的转基因植物。