轉(zhuǎn)基因魚的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景

1、轉(zhuǎn)基因魚的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景姓名：周宇寧 班級(jí)：食品131 學(xué)號(hào)：1310305113摘 要：轉(zhuǎn)基因魚是20世紀(jì)人類最重要的成就之一,對(duì)于魚類育種具有重要意義,但一直以來轉(zhuǎn)基因魚的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程并不順利,究其根本原因在于人們對(duì)其安全性顧慮重重。因此,本文分別從食用和生態(tài)兩個(gè)角度對(duì)轉(zhuǎn)基因魚的安全性進(jìn)行了綜述,分析了其可能存在的安全隱患以及近年來圍繞此問題開展的相關(guān)研究。最后,對(duì)轉(zhuǎn)基因魚下一步的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)基因魚；轉(zhuǎn)基因食品；安全檢測(cè)2015年11月19日，在確認(rèn)其食用安全性五年、環(huán)境安全性三年之后，美國食物藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)了水恩公司（AquaBounty）的轉(zhuǎn)基因三文魚品牌“A

2、quAdvantage”上市，從而使之成為首個(gè)獲批的供食用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。這種三文魚的主要特點(diǎn)是生長迅速，僅需18個(gè)月便能長成而常規(guī)三文魚需要至少三年。這件事使人們關(guān)注起了轉(zhuǎn)基因魚這個(gè)新事物。1983年，中國科學(xué)院水生生物研究所在世界上率先開展魚類轉(zhuǎn)基因研究，我國也一直走在魚類轉(zhuǎn)基因的前列。1. 轉(zhuǎn)基因魚的定義轉(zhuǎn)基因魚是首先從魚體中鑒定出與生長、品質(zhì)、抗病和抗逆等性狀相關(guān)的基因, 并將此類基因設(shè)計(jì)加工, 然后轉(zhuǎn)移到擬進(jìn)行遺傳改良的受體魚染色體內(nèi), 從而培育出優(yōu)良品種1。轉(zhuǎn)基因魚研究大多基于提高魚類生長速度和抗病、抗逆能力, 培育新品種, 開展環(huán)境監(jiān)測(cè)以及醫(yī)學(xué)研究等目的。目前已有金魚、鯽魚、鯉魚、泥

3、鰍、鱒魚、大馬哈魚、鯰魚、羅非魚、魴、鮭魚等多種淡水魚和海水魚用于轉(zhuǎn)基因研究, 多種哺乳類、鳥類的基因亦被成功整合到魚類的基因組中2。轉(zhuǎn)基因魚育種不僅突破了物種間的生殖隔離,拓展了遺傳資源利用范圍, 而且還減少了育種世代、提高了育種效率。另外, 對(duì)轉(zhuǎn)基因魚的研究可大大提高魚類的生長速度和抗逆能力, 使之更易應(yīng)對(duì)惡劣的環(huán)境條件, 對(duì)擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)魚種養(yǎng)殖范圍提供了新的途徑, 產(chǎn)生相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí), 利用轉(zhuǎn)基因魚可快速、 直觀地評(píng)價(jià)環(huán)境中污染物的內(nèi)分泌干擾作用, 對(duì)于污染物的防治和監(jiān)控具有重要的應(yīng)用和理論研究價(jià)值。另外, 利用轉(zhuǎn)基因魚生產(chǎn)生物活性物質(zhì)也是未來的開發(fā)熱點(diǎn), 以改變當(dāng)前醫(yī)藥需求無法得

4、到滿足的現(xiàn)狀?？梢?轉(zhuǎn)基因魚的培育將會(huì)帶來諸多益處。然而轉(zhuǎn)基因魚在推廣過程中仍然面臨著許多問題, 其中最主要的是安全問題。2. 轉(zhuǎn)基因魚安全性隨著基因工程技術(shù)的迅速發(fā)展, 基因修飾產(chǎn)品也越來越多。這一新的發(fā)展勢(shì)態(tài), 一方面展示出科學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)上的巨大應(yīng)用前景, 另一方面也預(yù)示著潛在的風(fēng)險(xiǎn)性增加。就轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品而言, 主要面臨著兩方面的問題; 一是食用安全性; 二是生態(tài)安全性。2.1 食用安全性食用轉(zhuǎn)基因食品可能為人類健康帶來潛在風(fēng)險(xiǎn),這是人們最擔(dān)心、也最敏感的話題。如轉(zhuǎn)基因大西洋鮭, 盡管其研發(fā)公司 AquaBounty 聲稱 FDA 已對(duì)其進(jìn)行了嚴(yán)格的安全性評(píng)價(jià), 人們?nèi)孕拇嬉蓱]3。因此,目前

5、越來越多的國家要求將轉(zhuǎn)基因食品貼上標(biāo)簽。 從食用的角度來說, 轉(zhuǎn)基因魚存在安全隱患的原因大致有以下幾個(gè)方面: 基因轉(zhuǎn)移操作過程是否確保安全?即如果操作不當(dāng)終產(chǎn)物的性狀是否會(huì)發(fā)生變化,是否會(huì)產(chǎn)生有害的副產(chǎn)物?另外, 基因表達(dá)載體中須含有抗生素耐藥性選擇標(biāo)記基因, 它是否會(huì)增加耐藥性, 有無其他風(fēng)險(xiǎn)?而聲稱提高了品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因魚其營養(yǎng)成分是否會(huì)發(fā)生變化?人類食用轉(zhuǎn)基因魚之后即使沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的健康問題, 但是否可能增加免疫系統(tǒng)的負(fù)擔(dān), 引發(fā)系列免疫反應(yīng), 如過敏反應(yīng)4-6。以上問題涉及到致病性、營養(yǎng)學(xué)以及毒理學(xué)等多個(gè)方面。轉(zhuǎn)基因魚作為一種新的食品已正式登陸美國餐桌, FDA 對(duì)其定義為“對(duì)環(huán)境和人類不

6、構(gòu)成重大或潛在已知危險(xiǎn)的產(chǎn)品”, 這也是全球首個(gè)官方認(rèn)證安全可食用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品。但FDA同時(shí)也規(guī)定該產(chǎn)品銷售時(shí)必須在外包裝上明確注明“轉(zhuǎn)基因鮭魚”?？傊? 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展還不夠成熟, 另外在其他方面如營養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)、 過敏性評(píng)價(jià)等方面的研究亦罕有報(bào)道, 轉(zhuǎn)基因魚食用安全性評(píng)價(jià)的研究基礎(chǔ)尚存在大量空白。2.2 生態(tài)安全性 經(jīng)遺傳改良的轉(zhuǎn)基因魚具有許多優(yōu)良性狀, 可能比相同品種的傳統(tǒng)魚具有更快的生長速度、 更強(qiáng)的抗疾病能力或者更高的科研利用價(jià)值等7。但目前尚無轉(zhuǎn)基因魚被準(zhǔn)予釋放到自然水體進(jìn)行養(yǎng)殖, 即使已批準(zhǔn)上市的美國轉(zhuǎn)基因鮭魚也不例外, 最主要的原因可能是擔(dān)心轉(zhuǎn)基因魚存在一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)8。潛在

7、的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)可能在于以下兩個(gè)方面：首先轉(zhuǎn)基因魚具更好的優(yōu)良性狀, 如較快的生長速度或較強(qiáng)的抗病、抗逆性等, 比天然水域中的同物種具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力, 一旦釋放到自然水體中, 可能威脅到某些野生品種的生存, 破壞種群平衡; 其次, 轉(zhuǎn)基因魚進(jìn)入天然水體后, 可能與野生近緣物種雜交, 造成野生物種的“基因污染”9-10。可見, 確保水生生態(tài)系統(tǒng)和水生生物遺傳資源的安全是轉(zhuǎn)基因魚可進(jìn)入自然水體的前提條件, 而由于魚類本身的特點(diǎn), 如易擴(kuò)散、難追蹤捕獲等進(jìn)一步增加了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作的難度。為了杜絕轉(zhuǎn)基因魚帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn), 有科研人員在轉(zhuǎn)基因生物的研究中曾使用“終止子”技術(shù)以避免重組基因的擴(kuò)散。即將轉(zhuǎn)基因技

8、術(shù)和多倍體誘變技術(shù)相結(jié)合, 以獲得轉(zhuǎn)基因魚三倍體, 從而防止外源基因外流對(duì)魚類天然種質(zhì)基因庫造成污染11-12。2007 年, 中國科學(xué)院水生生物研究所關(guān)于不育轉(zhuǎn)基因魚的轉(zhuǎn)化方法已獲得中國發(fā)明專利和美國發(fā)明專利13。 雖然, 終止子技術(shù)為控制轉(zhuǎn)基因魚的生態(tài)安全提供了新途徑, 但顯然無法排除其中個(gè)例仍具繁殖能力。另外, 終止子技術(shù)可能會(huì)帶來另一種生物安全危機(jī), 即無法保障全球食品的供給?？傊? 終止子技術(shù)是否可以徹底解決轉(zhuǎn)基因魚的生態(tài)安全問題尚需進(jìn)一步研究。3. 轉(zhuǎn)基因魚的檢測(cè)技術(shù)目前,對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的檢測(cè)主要基于以下幾個(gè)方面展開：基于核酸的檢測(cè)方法, 如分子雜交技術(shù)、PCR 技術(shù)、 基因芯片技術(shù)

9、以及生物傳感器技術(shù)等; 基于蛋白的檢測(cè)方法, 如酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA 技術(shù))、免疫試紙條法以及蛋白質(zhì)芯片法等; 基于代謝物的檢測(cè)方法, 如質(zhì)譜法14-15, 應(yīng)用較多的為前兩類方法。對(duì)于轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品, 目前已基本實(shí)現(xiàn)在整合、轉(zhuǎn)錄和翻譯水平對(duì)外源基因的整合及表達(dá)水平進(jìn)行檢測(cè), 但以食品安全為目標(biāo)的檢測(cè)基礎(chǔ)還比較薄弱, 需進(jìn)一步建立更為靈敏、特異的檢測(cè)方法。如目前對(duì)轉(zhuǎn)基因食品廣泛使用的 PCR 檢測(cè)技術(shù),往往存在引物特異性不高, 假陽性率較高等缺點(diǎn)16。建立轉(zhuǎn)基因魚的檢測(cè)技術(shù), 應(yīng)了解遺傳操作過程。首先, 分析外源基因是否已整合進(jìn)入機(jī)體, 其次分析它是否能夠轉(zhuǎn)錄, 再次分析該基因是否有最終的表

10、達(dá)產(chǎn)物。對(duì)于前兩個(gè)步驟, 多采用分子雜交技術(shù)或者 PCR 技術(shù)進(jìn)行分析, 而對(duì)于后者, 即外源基因表達(dá)產(chǎn)物的分析多采用蛋白印跡技術(shù)、 ELISA 技術(shù)或者放射性免疫技術(shù)等17。 相比較于其它農(nóng)產(chǎn)品, 轉(zhuǎn)基因魚的檢測(cè)研究基礎(chǔ)相對(duì)更加薄弱一些。同樣, 在轉(zhuǎn)基因魚的基礎(chǔ)研究中, 亦有許多空白, 如對(duì)外源基因的檢測(cè)多集中在不同發(fā)育期的胚胎中, 而對(duì)于不同生長階段和不同組織之間外源基因的表達(dá)情況如何卻不甚清楚, 或者檢測(cè)對(duì)象為沒有實(shí)現(xiàn)遺傳穩(wěn)定性的個(gè)體18-19。4. 轉(zhuǎn)基因魚應(yīng)用前景4.1 提高生長速度 早期研究以轉(zhuǎn)人生長激素基因的研究為多見。1984年，朱作言等1,2首次將小鼠重金屬結(jié)合蛋白基因啟動(dòng)子

11、與人生長激素基因混合，導(dǎo)入鯽魚(Carassiusauratus)的受精卵，培育出生長速度快的轉(zhuǎn)基因鯽魚，證明了外源基因可以在受體魚內(nèi)整合、表達(dá)、促生長，并通過性腺傳遞給子代，從而建立了世界上首例轉(zhuǎn)基因魚模型。但鑒于消費(fèi)安全和倫理上的原因， 國內(nèi)外許多學(xué)者提出構(gòu)建“ 全魚”基因的設(shè)想，目前已構(gòu)建出多個(gè)“ 全魚”重組基因，并證實(shí)了其在受體魚中的生物學(xué)效應(yīng)?！?全魚”生長激素基因的構(gòu)建和應(yīng)用， 無疑使轉(zhuǎn)基因魚向?qū)嵱没~出了重要一步。轉(zhuǎn)基因魚生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也是制約其應(yīng)用的瓶頸因素，而不育轉(zhuǎn)基因三倍體魚的制備是解決其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的理想途徑之一20。近年來，利用肌肉生長抑制素提高魚生長速度也受到研究人員的關(guān)注

12、， 肌肉生長抑制素是肌肉發(fā)育和生長過程中的負(fù)調(diào)控因子，在斑馬魚(Daniorerio)中已經(jīng)證實(shí)它的降調(diào)節(jié)極大地促進(jìn)了斑馬魚胚胎發(fā)育過程中的肌肉發(fā)育和生長。因此，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)在魚肌肉中過量表達(dá)前肽或特異表達(dá)肌肉生長抑制素的反義基因，均有望提高轉(zhuǎn)基因魚的生長速度。 4.2 提高抗寒性抗凍蛋白具有降低胞內(nèi)溶液凝固點(diǎn)的作用，將冷水性魚類的抗凍蛋白基 因轉(zhuǎn)移到其他魚類如熱帶魚體內(nèi)，能夠有效提高這些轉(zhuǎn)基因魚類的抗寒能力， 以擴(kuò)大養(yǎng)殖地域，節(jié)省越冬期間的能耗，從而達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。如將美洲 黃蓋鰈（Pseudo-pleuronetesy okohamae）的抗凍蛋白注入到虹鱒( Oncorhy nch

13、uysmykiss）體內(nèi)，虹鱒抗凍能力顯著增強(qiáng)。但從目前的研究來看， 轉(zhuǎn)基因魚中抗凍蛋白的量還不足于產(chǎn)生抗凍的效果， 因此在今后的研究中可以使用強(qiáng)啟動(dòng)子或者增加基因的劑量。4.3 提高抗病性 隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)高密度、集約化的發(fā)展，魚類面臨的疾病威脅也越來越多， 用傳統(tǒng)的藥物雖然有一定的療效，但卻影響魚類的生長，不僅增加了養(yǎng)殖成本，而且對(duì)人類健康也造成危害。轉(zhuǎn)基因的應(yīng)用為根本解決這一問題提供了新的契機(jī)。通過轉(zhuǎn)入干擾素、溶菌酶等基因，提高魚類的抗病能力，從而使產(chǎn)量得到提高。Yazawa等將攜帶有雞蛋白溶菌酶基因的重組質(zhì)粒導(dǎo)入斑馬魚胚胎中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因后的斑馬魚表現(xiàn)出對(duì)細(xì)菌引起的疾病有一定的抗性。此外，轉(zhuǎn)

14、 催乳素基因、珠蛋白基因以及生長激素釋放因子基因以增強(qiáng)抗逆性也是備受 關(guān)注的研究方向，但目前對(duì)于這些基因的了解還比較少，有待進(jìn)一步研究。5. 結(jié)語 轉(zhuǎn)基因魚的應(yīng)用在改良養(yǎng)殖性狀等方面已取得了顯著成績。然而由于人們對(duì)其 安全性的諸多顧慮，轉(zhuǎn)基因魚尚未正式進(jìn)入市場(chǎng)，要真正對(duì)其進(jìn)行安全性的評(píng)價(jià)， 還需要逐漸建立一套科學(xué)健全的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法。因此，轉(zhuǎn)基因魚的安全性有望通過進(jìn)一步的科研攻關(guān)得到解決。到時(shí)，它將豐富人類的蛋白食品市場(chǎng)，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。 隨著魚類細(xì)胞基因打靶和轉(zhuǎn)基因魚快速擴(kuò)繁技術(shù)的成熟，轉(zhuǎn)基因魚作為基因功能研究的理想模型，在胚胎發(fā)育相關(guān)基因功能和人類疾病模型研究中已取得一定

15、進(jìn)展，通過轉(zhuǎn)基因魚制作生物反應(yīng)器和篩選高通量藥物也是最近的研究熱點(diǎn)。在今后的研究中，將利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)建立各種轉(zhuǎn)基因魚模型，對(duì)生長發(fā)育機(jī)理和探索治療人類疾病的方法展開深入的研究?？梢韵嘈?，轉(zhuǎn)基因魚的應(yīng)用將在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和人類健康等諸多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。參考文獻(xiàn)：1 唐勝球, 董小英. 轉(zhuǎn)基因魚研究及商品化展望J. 北京水產(chǎn),2002, (6): 26-30.2 Maclean N, Laight RJ. Transgenic fish: an evaluation of benefits and risks J. Fish Fisher, 2000, 1: 146-172.3 胡煒. 轉(zhuǎn)基因魚安全

16、嗎? J. 海洋與漁業(yè): 水產(chǎn)前沿, 2011, 8:20-21.4 Liu SM, Zhang XC, Zang XN, et al. Growth, feed efficiency,body muscle composition, and histology of flounder (Paralichthys olivaceus) fed GH transgenicSynechocystis J Aquaculture,2008, 277(1-2): 78-82.5 蘇永昌, 黃麗瓊. 轉(zhuǎn)基因魚的研究進(jìn)展及食品安全性J. 福建水產(chǎn), 2008, 4(119): 73-77.6 張希春, 楊

17、曉光. 轉(zhuǎn)基因魚的食用安全性評(píng)價(jià)及其分子生物學(xué)基礎(chǔ)J. 衛(wèi)生研究, 2004, 3(2):233-236.7 Logar N, Pollock LK. Transgenic fish: is a new policy framework necessary for a new technology J. Environ Sci Policy,2005, 8(1): 17-27.8 Yann D, Mathias C, Sofie V. Environmental impact of herbicideregimes used with genetically modified herbicid

18、e-resistant maizeJ. Transgenic Res, 2008, 17: 1059-1077.9 武蕓, 丁莉. 轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的安全性及其發(fā)展前景J. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2007, 35(7): 2096-2097.10 Masih S, Jain P, Baz RE, et al. Transgenic Animals and their Applications M. Animal Biotechnology: Models in Discoveryand Translation. ACADEMIC Press, 2014, 407-423.11 劉少軍, 胡芳, 周工建, 等. 三倍體湘云鯽繁殖季節(jié)的性腺結(jié)構(gòu)觀察J. 水生生物學(xué)報(bào), 2000, 24: 301-306.12 張純, 何曉曉, 劉少軍, 等. 四倍體鯽鯉、三倍體湘云