转基因鱼的原理及其育种方法介绍

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将草鱼的生长激素基因注入鲤鱼的受精卵,培育出一种带有草鱼生长激素基因的转基因鲤鱼F1代和另一种具有草鱼生长激素基因的转基因三倍体鲤鱼“吉鲤”,下面我们一起来看看转基因鱼的原理介绍以及繁殖方式。

转基因鱼的原理及其育种方法介绍

带有“全鱼”基因的黄河鲤鱼转来的外源基因是一个与鲤鱼内源生长激素基因非常相似的草鱼生长激素基因。将草鱼生长激素基因转移到鲤鱼体内对鲤鱼是安全的。与传统鲤鱼相比,带有“全鱼”基因的转基因黄河鲤鱼携带有草鱼生长激素基因,体内含有极少量的草鱼生长激素。草鱼生长激素和鲤鱼生长激素一样,是鱼类中存在的一种极不稳定的多肽。经过加热等物理处理,分解成氨基酸,失去激素的生理功能,和(www.isoyu.com原创版权)非转基因鲤鱼一样安全。

“全鱼”转基因鱼的商业化养殖会对鱼类种质资源和水生生态环境产生影响吗?我们不妨把“全鱼”基因转移看作一种“杂交”,即一个基因与一个物种基因组的杂交。鱼类基因组大约有10万个基因。“全鱼”转基因黄河鲤鱼的形成机制可以简单地比作一个草鱼基因和10万个鲤鱼基因的杂合性。物种的杂合度只有草鱼和鲤鱼的十万倍。从这个分析来看,转基因鱼比任何杂交鱼都安全得多。而且转基因鱼的繁殖能力和对环境的适应性并不占优势。即使允许它进入自然,也不可能形成优势种群,抑制其他鱼类的生长,对生态系统构成威胁。而且转基因鱼携带的草鱼基因只是草鱼10万个基因片段中的一个,即使能与其他鱼类杂交,遗传混乱的可能性也很小。

鱼是研究转基因动物的好材料。因为一条雌鱼可以提供上千个卵子,而且卵子非常大,在体外受精发育,胚胎操作比哺乳动物简单。因此,在朱、等人获得第一批转基因鱼后,世界上几十个实验室在这一领域进行了研究,取得了相当大的成就。转基因鱼是国内外获得的最成功的转基因动物之一。

转基因鱼早期研究中使用的结构基因大多是人、牛、小鼠等哺乳动物的GH(生长激素)基因,重组基因的启动子主要来自小鼠重金属螯合蛋白基因或病毒基因。鉴于消费者安全和伦理原因,这种转基因鱼很难被消费者接受。为了解决这个问题,提出了构建“全鱼”基因的思想,即重组基因的所有元素都来自鱼。目前,国际上已经克隆了20多种鱼类的GH基因,包括虹鳟、笛鲷、三文鱼、银三文鱼、大型三文鱼、鱼类、金枪鱼、鲤鱼、草鱼、鳗鱼、罗非鱼、比目鱼、黑鲷、大西洋三文鱼、白点鱼、金头鱼

复制方法

显微注射法

微注射是一种应用广泛且有效的鱼类基因导入方法,其主要程序如下:(1)人工催情,分别采集鱼卵和精液,人工体外受精;(2)受精后3 ~ 5分钟,用0.25%胰蛋白酶去除蛋壳,将裸卵转移到装有霍尔特氏培养液的平皿中;(3)将溶于ST(88mMNaCl,10 mm Tris-HCl,pH7.5)溶液中的外源基因加载到人玻璃微针中,在第一次切割前进行外源基因的显微注射。每个卵内注射1-2nl DNA溶液,内含约1×106拷贝外源基因。(4)显微注射后,受体卵在霍尔夫特溶液中培养和发育。胚胎发育到原肠胚阶段后,用热的冷开水逐渐稀释培养液;发育到心跳阶段后,将胚胎转移到热的冷开水中,直到鱼苗形成。在胚胎发育过程中,要精心管理,及时取出死亡胚胎。

上述方法主要适用于一些蛋壳易被胰蛋白酶消化的淡水鲤科鱼类。对于一些冷水鲑鱼和鳟鱼,很难通过胰蛋白酶消化去除蛋壳。因此,已经开发了三种可供选择的显微注射方法。一种是将DNA溶液从受精孔注入卵子,简称MP法;第二种是在虹鳟受精卵受精后蛋壳尚未变硬时直接注射,简称EL法;第三种是用硬金属针在蛋壳上打洞,然后进行显微注射,简称LI法。

电脉冲法

鱼类受精卵电脉冲基因转移的前两步与显微注射相同。区别是将胰酶消化后的裸卵与外源DNA溶液一起放入专用电脉冲处理槽中,然后施加一定强度的电脉冲。外源性DN在电脉冲处理下进入受精卵。这种方法的优点是操作简单,可以同时处理大量受精卵。缺点是不针对人,效率低,需要针对不同种类的鱼建立相应的电脉冲条件。

电脉冲处理下外源基因进入受精卵的机制尚不十分清楚。在鱼类电脉冲基因转移的成功报道中,使用的电压很低(几百伏)。有人认为在这样的电压下,不足以使受精卵膜异常或产生气孔。因此,外源基因的进入机制不同于培养细胞。推测鱼受精膜上有一些小孔,外源基因通过这些小孔在低电压下进入受精卵。

精子携带法

精子在等渗溶液中用外源基因保温,可将外源DNA片段带入人类精子细胞,再与卵子受精,可将外源DNA片段带入人类受精卵。这种方法简便易行,受精依赖生理功能,对原核损伤较小。该方法已在鲤鱼和泥鳅中成功试验[5l],并已成功报道6种鱼类。虽然外源基因的处理方法不同,但获得了分子杂交或PCR检测的阳性结果,阳性率为5% ~ 38%。从整体实验结果来看,携带基因转移的精子,转基因阳性率仍然较低,转移率不稳定。此外,精子携带外源基因的机制尚不清楚,推测与精子表面吸附或精子摄取有关。

基因枪注射

基因枪注射是通过高速撞击吸附DNA的金属粒子进入细胞,将基因导入细胞的方法。有人将这种方法应用于泥鳅、斑马鱼和鲑鱼的3天胚胎。结果,70%的个体存活了下来,其中一些引入了外源基因。这种方法不容易实施,但有能在短时间内处理多个个体的优点,但报道太少,需要以后进一步研究。