我国转基因抗虫棉就是转入Bt毒蛋白基因培育出来的,它 对棉铃虫具有较强的抗性。 生物技术资料卡 可用于转基因植物的抗虫基因 B毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出复合物,从而圈断或降低蛋白酶的活性,使昆虫 来的抗虫基因。当害虫食用含有转基因的植物时,·不能正常消化食物中的蛋白质。这种复合物还能 Bt基因编码的蛋白质会进入害虫的肠道,在消化·刺激昆虫分过量的消化酶,引起害虫的厌食反 酶的作用下,蛋白质能够降解成相对分子质量比·应 较小的、有毒的多肽。多肽结合在肠上皮细胞的 淀粉酶控制剂基因产生的淀粉酶抑制剂可以 特异性受体上,会导耿细胞膜穿孔,细胞肿胀裂抑制昆虫消化道中的淀粉酶活性,使害虫不能消 解,最后造成害虫死亡,由于段毒蛋白对哺乳动·化所摄取的淀粉,从而阻断害史的能量来源 物无毒害作用,因而广泛用于抗虫转基因植物。·植物凝集素基因控制植物合成一种糖蛋白, 蛋白酶抑制剂基因广泛存在于植物中,它产·这种糖蛋白可与昆虫肠道黏膜上的某种物质结 Q)生的抑制剂可与害虫消化道中的蛋白酶结合形成:合,从而影响害虫对营养物质的吸收和利用, 近几年来,我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉的 研究和应用,取得了突飞猛进的发展,从1998年占据市场 份额的10%,已经提高到2000年的64.4%,居主导地位。仅 2002年我国抗虫棉的栽培面积已达95×10hm2,增加收 益约20亿元人民币。 抗病转基因植物 非转基因小麦 植物像人一样也会生病。引起植物生病的微生物称为 病原微生物,主要有病毒、真菌和细菌等。例如,许多栽 下a园培作物由于自身缺少抗病毒的基因,因此,用常规育种的 方法很难培育出抗病毒的新品种,而基因工程技术,为培 图1-18抗病毒的转基因小麦 育抗病毒植物品种开辟了新的谂径。目前,人们已获得抗 烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦(图1 18)、甜椒(图1-19)、番茄等多种作物。 抗病转基因植物所采用的基因,使用最多的是病毒外 壳蛋白( coat protein,CP)基因和病毒的复制酶基因;抗真 菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因和抗毒素合 成基因。 抗逆转基因植物 环境条件对农作物的生产会造成很大影响。例如,盐 碱、干旱、低温、涝害等不利的环境条件,是造成低产 减产的常见因素。目前,全球的盐碱和干旱地区分别占陆 图1-19抗病毒的转基因甜碱 地面积的1/3,还有许多地区属于高寒地区。这些不利的 18专題1基因工程
环境条件也会对农业生产造成影响。由于盐碱和干旱对农 作物的危害与细胞内渗透压调节有关,目前科学家们正在 利用一些可以调节细胞渗透压的基因,来提高农作物的抗 盐碱和抗干旱的能力,这在烟草等植物中已获得了比较明 显的成果。科学家们还研究开发出了一批酎寒作物,使它 们在寒冷的环境条件下,良好地生长。例如,将鱼的抗冻 蛋白基因导入烟草和番茄图1-20),使烟草和番茄的耐图1-20我国科学家在实验田中观察 寒能力均有提高。此外,将抗除草剂基因导入大豆、玉米 转鱼抗冻蛋白基因的番茄 等作物(图1-21),喷洒除草剂时,杀死田间杂草而不 损伤作物。 利用转基因改良植物的品质 随着人们生活水平的提高,人们对食品的要求不仅仅 是吃饱,而且要富于营养。但是,我们吃的许多食品含有 的营养成分井不平衡,例如,豆类食品中,含有蛋氨酸比 较少,大米、玉米、小麦则含赖氨酸比较少。这些人体必 需的氨基酸峡少后对人的健康不利。科学家将必需氨基酸 含量多的蛋白质编码基因,导入植物中,或者改变这些氨 图1-21转基因抗除草剂玉米 基酸合成途径中某种关键酶的活性以提高氨基酸的含量。《左侧喷酒除草剂后,杂草全部死亡,转基 例如,我国科学家将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉因玉米生长正常,右侧未喷酒除草剂,杂 草丛生, 米获得的转基因玉米中赖氨酸的含量比对照提高30%(图 1-22) 番茄含有丰富的维生素,但不耐储存。我国科学家将 控制番茄果实成熟的基因导入番茄,获得转基因廷熟番茄, 储存时间可延长1-2个月,有的可达80多天。目前,我 国农业部已批准这种耐储存番茄进行商品化生产。我国科 学家还成功地将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植 物矮牵牛中,转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异, 大大提高了花卉的观赏价值(图1-23)。 图1-22富含赖氨酸的转基因玉米 米 图1-23转基因矮牵牛呈现出原本没有的花色变异 (左侧为对照,中间和右侧力转基因后的变异 专题1基因工程19
异想天开 发光树能做路灯吗? 自然界有许多生物可以发光,它们发:相连,公路将变成美丽的荧光世界。也许 出的光有磷光和荧光两种。大家最熟悉的不久的将来,你可以用各种各样的发光植 是萤火虫,在夏天的夜晚,它们那“腾空·物耒装点你的庭院和家居,那是多么漂 类星隕,拂树菪花生”的美丽荧光,曾引:亮、有趣! 起人们的许多遐想。科学家研究发现,萤 火虫发光是发光器中的荧光素,在荧光酶 的催化下发出的间歌光。 荧光素和荧光酶都是由发光基因“指 挥”合成的。如果将发光基因导入植物,培 育出发光植物是一件十分有趣的事情。目: 前,科学家已培肓出发光的烟草、棉花等。 科学家们正计划墡育一种发光的央竹桃, 将其种植到高遠公路的两旁,白天做行道 树,夜晚做路灯照明。到那时,每当夜幕 降临,公路两旁的央竹桃荧光闪闪,树树 转入萤火虫荧光酶的转基因烟草苗 动物基因工程前最广阔 动物基因工程是20世纪80年代开始发展起来 的,它从诞生那天起,就在动物品种改良、建立生 物反应器、器官移植等很多方面显示了广阔的应用 前景。 用于提高动生长速度 动物基因工程技术可以提高动物的生长速率。 由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物 生长得更快,因此,科学家们将这类基 因导入动物体内,以提高动物的生长速 率。例如,将外源生长激素基因导入绵 羊体内,转基因绵羊的生长速率比一般的 绵羊提高30%,体型增大50%;将外源生长激素 基因导入鲤鱼,9个月后有的转基因鲤鱼比对照重 图1-24转生长激素基因鲤鱼(左 5kg(图1-24)。 20专题1基因工程
用于改暮畜声品的品质 动物基因工程技术的另一个重要作用是改善畜产品的 品质。例如,有些人食用牛奶后,对牛奶中的乳糖不能完 全消化;也有些人食用牛奶后会出现过敏、腹泻、恶心等 不适症状。为了解决这一问題,科学家将肠乳糖酶基因导 入奶牛基因组,使获得的转基因牛分泌的乳汁中,乳糖的 含量大大减低,而其他营养成分不受影响。 用转基因动物生产药物 最令人兴奋的是利用基因工程技术,还可以使哺乳动 物本身变成“批量生产药物的工厂”。科学家将药用蛋白基 因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,通过 显微注射等方法,导入哺乳动物的受精中,然后,将受 精卵送入母体内,使其生长发育成转基因动物。转基因动 物进入泌乳期后,可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药 品,因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。目前,科 学家巳在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝 图1-25转有人α抗胰蛋白 血酶、血清白蛋白、生长激素和a-抗胰蛋白酶(图1-25) 酶基因的转基因羊 等重要医药产品 用转基因动物作景官移植的供体 动物基因工程技术有可能使建立移植器官工厂的设想 成为现实。目前,人体移植器官短峡是一个世界性难题。 为此,人们不得不把目光移向寻求可替代的移植器官。由 于猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似,而且猪 体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要远远少于灵长类动 物,是否可以用猪的器官来解决人类器官的来源问题呢? 科学家将目光集中在小型猪身上。实现这一目标的最大难 题是免疫排斥。目前,科学家正试图利用基因工程方法对 猪的器官进行改造,采用的方法是将器官供体基因组导入 某种调节因子,以抑制抗原决定基因的表达,或设法除去 抗原决定基因,再结合克隆技术,培育出没有免疫排斥反 应的转基因克隆猪器官。 c如某位心脏病人换上了经过 基因工程药物异军突起 改造的猪的心脏,在生活中他 基因工程制药是制药行业突起的一支新军,不仅具有 会遭到峻视吗? 独特的优势,发展速度也很快。 自20世纪80年代初,第一种基因工程药物—重组 人胰岛素投放市场以来,利用转基因的工程菌生产的药 物已有60多种。这些药物包括细胞因子、抗体、疫苗、激 ①用基因工程的方祛,使外源基因得到高效表达的菌类细胞摊系一般称为“工程菌 专题1基因工程21
素等。这些药物可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾 病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。目前 美国、日本、德国等是世界上主要开发生产基因工程药物 的国家。20世纪90年代以来,我国自己生产的白细胞介 素-2、干扰素、乙肝疫苗等近20种基因工程药物投放市 场,年产值达30亿元人民币(图1-26)。 心“a 图1-26我国生产的部分基因工程药物 生物技术资料卡 用DNA重组技术生产的人类蛋白药物种类(部分) 蛋白名称 用途 a一抗胰蛋白舞 治疗肺气片 促肾上腺皮质漱素治疗风湿 B细胞生长因子 治疗免炎系统功能失调 降钙素 冶疗软骨病 Q「账生威素十疗血 生长素释放因子促进生长 胰岛素 治疗糖尿病 干扰素 抗病毒,抗肿瘤 白细胞介素 治疗癌症 血清白蛋白 血浆补充物 因子 肿瘤坏死因 抗肿瘤 我国生产的苯因工程药物还有 千扰素是动物或人体鋼胞受到病毒侵乘后产生的一种糖簽 哪些?请查阅资料或上网查白。由于干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染,如水、肝 询 炎、狂犬病等病毒引起的感染,因此,它是一种抗病每的特效 药。此外,千扰素对治疗乳腺癌、骨髓癌、淋巴癌等癌症和某 些白血病也有一定疗效。传蜣的干千扰素生产方法是从人血液中 的白胞内提取的,每300L血液只能提取出1mg千扰素 1980~1982年,科学家用基因工程方渎在大断杄菌及酵母菌细 22专题1基因工程