周庆安 姚军虎 刘文刚 何瑞国
1 概述
基因技术是利用生物有机体或其组成部分发展新产品、新工艺、新技术的一整套技术体系，它与细胞技术、酶技术、发酵技术密切相关。基因技术主要涉及生物类所共有的遗传物质——DNA、RNA的分离纯化、体外剪切、拼接重组以及扩增、表达等技术。基因工程与细胞工程相结合，可创造出具有特殊功能的工程微生物，然后经过酶工程、发酵工程才能生产出系列产品。
基因技术一般在体外或试管中借助于酶促反应，将目的基因或异源DNA片段与适当的载体进行重组，创造“杂交DNA”，然后将这些“杂交DNA”分子输入到微生物的体细胞中，进行无性繁殖，使人们需要的基因在细胞内表达，生产出人们需要的产物或新的生物类型。获得新功能的微生物称为“工程菌”。
2 基因技术的步骤
2.1 目的基因的分离
把所需要的目的基因（具有遗传信息的DNA片段）从供体细胞中提取出来，或进行人工合成。
2.2 目的基因与载体的结合
用同一种限制性内切酶处理目的基因和载体基因，形成相同的粘性末段，然后将外源目的基因与载体DNA混合，同时应添加DNA连接酶，从而在特定条件下可使目的基因与载体通过“退火”和连接的步骤形成重组DNA。
2.3 重组DNA进入受体
重组DNA通过再次转化，转移到适宜的宿主细胞，并在其中进行复制、表达，产生人类所需要的产物，通过筛选，可获得具有工业生产价值的“工程菌”。
3 基因技术在动物营养研究中的应用
3.1 基因剔除技术
基因剔除是利用胚胎干细胞（ES）作为靶载体的受体细胞。ES具有与早期胚胎相似的高度分化的潜能，可在体外培养、克隆、增殖、冻存等。当把它注射到其它的胚胎，或者移植入代孕母亲体内时，它能够保存分化的能力。在一个典型的基因剔除试验中，ES和受体胚胎分别来自于被毛颜色不同的动物，这样可以通过后代被毛颜色的不同来选择嵌合体。
传统的营养试验对于胆固醇酯酶在胆固醇吸收中的作用得出了互相矛盾的结果，这个问题困扰了人们多年而未得到解决。基因剔除技术发明后，Howles等通过胆固醇酯酶剔除小鼠模型确定了胆固醇酯酶在营养吸收和新陈代谢中的生理作用，它可以促进小肠内胆固醇酯的吸收，却不影响从食物中吸收非酯化的胆固醇的量。另外，胆固醇酯酶基因也有可能参与调节维生素A的吸收。胆固醇-7-羧化酶基因敲除小鼠合成胆汁酸的能力减弱，从而影响其对日粮中脂质和脂溶性维生素的吸收，编码P-糖蛋白的多种抗药性基因（MDR2）缺失。小鼠吸收胆固醇的能力下降，这些均证明了胆固醇-7-羧化酶和P-糖蛋白在脂质吸收中的作用。
基因剔除技术还为我们提供了研究复杂性状中各基因及其产物作用的方法。脂酰辅酶A胆固醇酰基转移酶（ACAT）是一种胆固醇酯化酶，也参与调节日粮中胆固醇的吸收。1996年，Meiner等建立了该基因缺失鼠模型，发现野生型和ACAT基因缺失型鼠的胆固醇吸收率是相同的。另外，ACAT基因缺失鼠在肾上腺和巨噬细胞中胆固醇酯化能力下降，而在肝脏中却保持不变，这些表明在小肠和肝脏中还有其它形式的有活性的ACAT基因存在。事实上，在酵母和哺乳动物中已经发现了有多种ACAT存在，这些ACAT是否在胆固醇吸收过程中发挥作用可进一步通过基因剔除试验来验证。
3.2 转基因技术
转基因技术是指用实验手段，将外源基因导入动物细胞或动物受精卵中，由此稳定整合到动物基因组，并能遗传给子代。目前常用的转基因技术主要有：显微注射法、胚胎多能干细胞法、精子载体法、反转录病毒载体法以及电转移技术等，其中显微注射法是最常用、最有效的基因导入技术。目前培育成功的转基因动物绝大部分是采用该方法获得的。
3.2.1 转基因技术与饲料原料生产
澳洲科学家利用遗传工程培育了富含蛋白质的向日葵新品种。20世纪70年代末到80年代初美国等开始了牧草基因工作研究，并取得了突破，1991年转基因向日葵植株已移到田间。在许多国家，大麦是粮食中主要组成部分，但蛋白质含量偏低。现在英国等科学家正试图对大麦蛋白质合成基因进行重组，以获得高品质的大麦品种。许多植物含有抗营养因子或含有影响该植物品质的物质，大多数的这些因子或物质对植物本身蛋白质的合成以及家畜对饲料物质的吸收有不利影响。通过采用生物技术选育出不含或少含抗营养因子的植物。
另外一例是将植酸酶基因通过基因技术转化到用作饲料的玉米、大豆、大麦中，培养出含植酸酶高的大豆、玉米、大麦。目前国外许多研究机构都在尝试此项工作，预计近期内会取得突破性进展。
3.2.2 转基因技术可以提高动物的生产力水平
生长激素（GH）在动物生产中基本上采用注射方法，虽然有一定的促生长作用，但程序复杂繁琐，成本很高，解决思路之一就是采用转基因技术。Hammer等（1985）将人生长激素（PGH）转基因于猪的研究获得成功，这种转基因猪的生长速度比对照组高出15%，日增重可达1 273g，饲料利用率提高21%，采食量减少20%。转基因技术可以提高动物的生产力水平的另外一例是转基因羊，由于胱氨酸在羊瘤胃中降解，所以饲料中加入胱氨酸并不能提高产毛量。因此，如果能够得到一种自身合成胱氨酸的转基因羊，将会大大提高羊毛产量。Ward（1991）发现某些细菌能将硫固定并转化为胱氨酸，他们分别在大肠杆菌和沙门氏菌中分离到了丝氨酸乙酸转移酶基因和O-乙酰丝氨硫化氢解酶基因，并且将这两种基因与金属硫蛋白（MT）基因启动子联接，并在3'端装上GH基因的序列，然后将这组调控序列通过转基因技术导入羊体内而得到高产羊毛转基因绵羊。
3.2.3 转基因技术可改变动物体内的代谢途径
动物营养研究表明，有些生长发育和维持所必需的营养物质必须由外界供给，例如赖氨酸，但是否可以不必由外界供给而动物自身合成呢?可行的方案有两种：一种是重建动物体内某些丢失的代谢途径；另一种是导入目前在动物体内尚未发现的代谢途径。转基因技术的出现提供了通过改变动物代谢途径，从而让动物自身合成赖氨酸成为可能。Rees等（1990）己经清楚大肠杆菌合成赖氨酸途径中的酶基因编码，运用基因转移技术也证明了在细胞中施行这些途径的可行性。因此，Rees等提出设想，把赖氨酸在微生物中生物合成的途径导入动物体内，使动物自身就能合成所需要的赖氨酸，而不必从饲料中供应。另外一例是从一些细菌中（枯草芽孢杆菌）分离出的或人工合成的植酸酶基因，通过DNA片断的克隆并用基因打靶技术把酸性植酸酶（从枯草芽孢杆菌中分离到的中性植酸酶基因）转移到单胃动物（鱼类），使得动物体本身可合成足够的内源性植酸酶，从而提高磷的利用率，减少环境污染。
3.2.4 转基因技术与“生物反应器”
利用转基因动物生产某些具有生物活性的蛋白质，即建立动物生物反应器是当前转基因动物研究的热点。转基因生物反应器（bioreactor）具有投资少、成本低、产量大等优势。作为生物反应器的转基因动物，主要是利用其乳腺组织和血液组织进行基因的定位表达，特别是用乳腺组织生产具有生物活性的多肽药物和具有特殊营养意义的蛋白质。目前世界上有数家公司正致力于这方面的研究，已成功地在山羊、绵羊、猪乳中生产了组织血纤维蛋白酶原激活因子（tPA）、抗凝血因子等，在转基因家畜血液中获得了人免疫球蛋白、α球蛋白、β球蛋白、干扰素等，且都具有生物学活性。
3.3 基因重组技术
瘦肉率历来是动物营养学家和动物遗传学家最为关注的问题之一，也是肌肉品质最为重要的指标之一，其与骨骼肌的量密切相关。尽管目前通过饲料添加剂等手段提高瘦肉率，但均未达到预期效果。如果能够找到与瘦肉率性状相关的基因，在分子水平上调控其表达，将大大促进此项工作的进展。肌生成抑制素（Myostatin）是近几年来发现的骨骼肌生长的负调控因子，它主要在骨骼肌中表达。其活性的丧失，会引起动物肌肉的过度发育。肌生成抑制素研究的突破将对猪、肉鸡、肉牛等畜禽生产性能的提高具有重要意义。
4 结语
随着基因技术的日益完善，各种生物性能优越的动物新品种将层出不穷，用转基因动物来大量生产各种生理活性物质，也将成为现实。无可置疑，21世纪是高新技术畜牧业应用大发展的时期，以基因技术为主导的分子生物学技术将会为我国的畜牧业发展开辟广阔前景。
（参考文献22篇，刊略，需者可函索）
周庆安，杨凌职业技术学院动物工程系，博士，712100，陕西省杨凌示范区西农路10号。
姚军虎,西北农林科技大学。
刘文刚，西安易发饲料科技有限公司。
何瑞国，华中农业大学。
收稿日期：2005-06-15 |
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