張立蘋林鄭云肖紅衛(wèi)畢延震鄭新民*

（1湖北省農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所/動物胚胎工程及分子育種湖北省重點實驗室，湖北武漢 430064；2武漢生物工程學院，湖北武漢 430415）

轉基因技術在豬育種中的應用

張立蘋1林鄭云2肖紅衛(wèi)1畢延震1鄭新民1*

（1湖北省農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所/動物胚胎工程及分子育種湖北省重點實驗室，湖北武漢 430064；2武漢生物工程學院，湖北武漢 430415）

轉基因技術能夠克服物種間的生殖隔離、賦予物種新的優(yōu)良性狀，因此動物轉基因技術飛速發(fā)展，轉基因豬也將成為豬業(yè)發(fā)展的趨勢，本文將對動物轉基因技術在豬育種上的應用作簡單的介紹，同時展望其發(fā)展前景。

轉基因豬；育種；應用

我國豬種資源豐富，地方豬種極多且特征各異，在人們不斷馴化與選育下得到的地方豬種大都具備肉質優(yōu)良、抗逆性強、繁殖力高等特點，但無法克服瘦肉率低、生長速度慢、飼料轉化率低的缺點?，F(xiàn)如今“轉基因”已成為了熱門話題，且美國FDA于2015年11月正式批準了AquaBounty Technologies公司關于轉基因鮭魚上市的申請[1]，轉基因動物已經正式開始搬上人們的餐桌。豬肉在我國國內市場占有較大比重，以更高效率養(yǎng)殖生豬也是時下研究的一大熱門。

1 動物轉基因技術概述

動物轉基因技術是通過基因工程技術把某一特定基因導入動物細胞里，并通過整合到受體細胞的基因組中，使該動物獲得該基因的遺傳特性，從而改造動物品種，獲得人類所需要的特定動物的一種技術。與傳統(tǒng)的基因交流不同，轉基因技術是利用分子生物學技術將少數或個別基因導入宿主基因組，而且外源基因的來源更加廣泛[2]。

轉基因動物育種是指通過轉基因的手段，采用基因編輯技術從分子水平對動物進行改良，以期得到具有目標性狀的動物。1997年，克隆羊Dolly的誕生，開創(chuàng)了哺乳動物體細胞核移植技術的先河[3]，2005年，抗乳房炎轉基因牛誕生[4]，2006年，多不飽和脂肪酸轉基因克隆豬的培育成功[5]，標志著轉基因育種進入了新的發(fā)展歷程。

近年來，轉基因動物技術及其產業(yè)化迅速發(fā)展，已成為當前生物技術領域的支柱性產業(yè)。

2 轉基因技術在豬育種中的應用

豬是與人類生活關系極為密切的家畜之一，由于豬具有妊娠期短、繁殖力高和后代生長快等特點，因此豬也是常見的實驗動物；又因豬在身體組織部位結構、生理生化等方面均與人類最為接近，所以隨著轉基因技術的發(fā)展和人民生活水平的提高，轉基因豬成為不可或缺的研究模型。

2.1 “環(huán)保豬”

豬在生長過程中磷元素是必不可少的，但正常草料中的植物磷難以被豬有效地消化吸收，因此在豬飼料中加入磷元素來保證豬的磷元素攝取量，但是這樣飼養(yǎng)的豬的糞便會殘留大量的磷元素，如糞便處理不當會造成嚴重污染。為了解決這一問題，研究人員將大腸桿菌肌醇六磷酸酶基因通過原核顯微注射導入豬的胚胎，培育出轉基因“環(huán)保豬”[6]，“環(huán)保豬”唾液腺分泌的肌醇六磷酸酶能夠有效地消化植物磷，從而不需要在詞料中額外添加磷元素，使糞便中的磷元素含量減少20%～60%，這對保護環(huán)境至關重要。

2.2 提高生長速度

生長激素（Growth Hormone,GH）是一種單鏈肽類激素，可以促進神經系統(tǒng)以外的所有其他組織生長，因此Hammer[7]和Pursed[8]分別將人和牛的生長激素基因轉入豬體內，得到的轉基因豬在飼料利用率上提高了約17%，生長速度提高了10%。我國科學家也將豬生長激素基因轉入湖北白豬受精卵中[9]，獲得首批轉基因豬，經幾個子代的觀察，生長速度和飼料利用率分別比同窩豬提高13.4%和10%。面對中國豬肉市場的需求，提高生長速度能夠更好地滿足市場需求，養(yǎng)殖戶也能得得到更多的經濟利益。

2.3 提高瘦肉率

肌肉生長抑制素（MSTN）是一種分泌蛋白，呈現(xiàn)負調節(jié)骨骼肌生長的活性因子，直接或間接地控制肌細胞生長發(fā)育,并能控制肌肉量的增長。當其失活的時候，動物會表現(xiàn)出“雙肌”性狀，在自然界中已經發(fā)現(xiàn)MSTN基因突變的牛、羊等，其中突變牛已被選育成新的肉牛品種，其肉質柔軟，脂肪及膽固醇含量低，蛋白質含量高，很受到歐洲消費者的青睞。但自然選育中，并未發(fā)現(xiàn)MSTN基因突變的豬，為引入MSTN基因的突變，延邊大學尹熙俊教授團隊與首爾國立大學Jin-Soo Kim團隊合作[10]，利用基因編輯技術將豬內肌肉生長抑制素基因敲除，最終得到了雙肌性狀的豬，其瘦肉率顯著提高。湖北省農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所[11]也于2015年成功應用CRISPR/Cas9技術制備豬肌肉生長抑制素基因敲除細胞，并結合體細胞克隆技術培育出中國首例超級瘦肉型豬——“中超916”新品系。

2.4 改善肉質

據報道，人體內ω-6多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids,ω-6 PUFAs）與ω-3多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids,ω-3 PUFAs）的比例過高與某些疾病的高發(fā)密切相關[12]，如糖尿病[13]、冠心病[14]、乳腺癌[15]等；而哺乳動物體內沒有將ω-6 PUFAs轉化成ω-3 PUFAs的酶，因此需要從天然食物中獲取ω-3 PUFAs。Simopoulos[16]的研究指出，目前人類的飲食，ω-6與ω-3的比值過高且有逐年上升的趨勢，而且ω-3 PUFAs來源沒有ω-6 PUFAs豐富，因此膳食中ω-6 PUFAs和ω-3 PUFAs的含量在平衡體內環(huán)境的穩(wěn)定和正常生長中起著重要作用。2006年，賴良學等[17]將線蟲的Fat-Ⅰ基因轉移到豬細胞中，最終成功獲得了轉fat-Ⅰ基因豬，這種基因編碼的蛋白質可將豬自然產生的的ω-6 PUFAs轉化為ω-3 PUFAs。2016年，湖北省農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所[18]制備出優(yōu)化的人源化Fat-1基因，人源化Fat-1基因是按照人類密碼子的偏好對線蟲Fat-1基因密碼子進行優(yōu)化，部分密碼子替換成人類常用的同類編碼子，使改造后的基因在哺乳動物細胞中具有更高的表達效率，并且在構建豬細胞中高效表達的質粒構件pMSTN-ω-3時采用豬骨骼肌肌球蛋白輕鏈基因（Myosin light chain,Mlc）啟動子、增強子，能夠在肌肉細胞中高效率表達Fat-1基因，豬肌肉生長抑制素基因（myostatin,MSTN）啟動子能夠反向抑制Fat-1基因過量表達，最后采用原核顯微注射法制備出轉hFat-1基因豬。這種轉基因豬的組織中有較高含量的ω-3 PUFAs以及較低含量的ω-6 PUFAs，作為一種替代肉源時，大大提升了豬肉的營養(yǎng)價值，并且通過采用豬源啟動子、增強子調控基因表達和無抗生素標記基因導入，提高了轉基因豬人用食品的安全性。

2.5 加強抗病能力

我國養(yǎng)豬業(yè)主要面對的兩種病毒性疾病為豬口蹄疫[19]和豬繁殖與呼吸障礙綜合征（藍耳病）[20]，這兩種病毒可以造成大規(guī)模感染，嚴重制約著我國畜牧業(yè)的發(fā)展。近年來RNA干擾技術的出現(xiàn)為此類疾病的解決提供了新的途徑。石河子大學人畜共患病研究團隊[21]2015年成功制備了抗口蹄疫轉基因豬，其研究成果受到國際生命科學頂尖雜志《eLife》高度評價，認為“該研究成果將RNAi技術和轉基因動物技術結合，在國際上首次成功制備了靶向FMDV的siRNA轉基因克隆豬，證實轉基因克隆豬具有抑制口蹄疫病毒復制的能力，為口蹄疫的防控提供了新途徑、新方法”。應用RNA干擾技術，羅碧平等[22]在成功構建特異性靶向PRRSV基因組的高效表達shRNA質粒的基礎上,將RNAi與轉基因克隆技術結合,體外生產豬轉shRNA基因克隆胚胎，對豬藍耳病也有一定的抗性。這些研究進展都為抗病轉基因豬打下良好的基礎，且具有良好的應用前景。

2.6 器官移植

豬的器官大小、形態(tài)與人相似，可以利用基因修飾豬克服物種間的免疫排斥反應作為器官移植的供體器官來源[23]。美國Revivicor公司已經制備了敲除α-1,3-半乳糖苷酶基因（Gal）及轉入人類基因（CD46）的轉基因敲除豬（GalsafeTMpig），這種豬的細胞免疫原性更接近人類細胞，免疫排斥反應小，為異種動物間器官移植的可行性研究奠定了良好基礎。

2.7 生物反應器

轉基因豬作為生物反應器表達外源蛋白的系統(tǒng)主要有乳腺系統(tǒng)和血液系統(tǒng)，美國弗吉尼亞大學Willam等[24]成功構建在乳腺中特異表達人蛋白C的轉基因豬，其表達量是正常人血含量的200倍。湖北省農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所鄭新民等[25]采用顯微注射法，使含有豬血清白蛋白側翼序列的微小人血清白蛋白基因導入豬的基因組中，成功制備出轉人血清白蛋白（HSA）轉基因豬，其血液中表達量高達20.3 mg/mL[26]，且豬的血漿蛋白質再生速度很快，提取表達的外源蛋白量將非常可觀，因此利用轉基因豬生產醫(yī)用蛋白潛力十分巨大。

3 展望

在轉基因技術迅速發(fā)展的今天，轉基因技術愈加成熟可靠，并與新的基因編輯技術、胚胎克隆、體細胞克隆等前沿技術手段緊密結合起來，在不斷改進豬的品種為人們帶來經濟上的利益的同時，豬在解剖學、生理學、營養(yǎng)代謝、血液生化指標值及疾病發(fā)生機理等方面與人類極其相似，相比靈長類動物沒有倫理道德和動物保護方面的限制，加上成本較低，豬已然成為一種理想的實驗模型，目前廣泛用于消化系統(tǒng)、糖尿病、皮膚科、血液病、新藥評價等多個方面，通過轉基因技術獲得的動物模型能在分子機制上模擬疾病的發(fā)生和發(fā)展機制，比傳統(tǒng)的自發(fā)或誘發(fā)性疾病動物模型更具有優(yōu)勢，可以為人們的各種疾病帶來新的研究途徑，能夠在醫(yī)學上展現(xiàn)自己的用途。轉基因豬作為生物反應器，通過轉基因技術賦予豬新的穩(wěn)定遺傳的性狀為人類生產需要的蛋白質、藥品原料等，也具有非常好的應用前景。

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S813；Q789

A

1673-4645(2017)04-0026-04

2017-01-18

轉基因生物新品種培育重大專項（2016ZX08006001-005）；湖北省農業(yè)科技創(chuàng)新中心（2017-620-004-001）；湖北省農業(yè)科學院青年基金（2016NKYJJ19）；湖北省農業(yè)科學院競爭性項目（2016jzxjh013）；湖北省技術創(chuàng)新專項重大項目（2016ABA117）

張立蘋（1982-），女，河北邢臺人，主要從事生物技術研究，E-mail:chzlp1982@163.com

*通訊作者：鄭新民，研究員，主要從事動物生物技術研究，E-mail：anbit20@163.com