植物轉基因是怎麼轉入的?

2021-01-07 大河網

　　

　　□記者 楊青平

　　

　　基因是DNA的一個小小的片段，DNA就是脫氧核糖核酸，是一個很大的有機分子，一個DNA包含著幾萬個基因。DNA存在於每個細胞的細胞核裡。轉基因就是把一種生物的一個或幾個基因轉入另一種生物的細胞核裡，並且連接到DNA上。這是一種細微的「外科手術」。

　　植物轉基因的常用方法有三種：

　　一、農桿菌轉入法。農桿菌普遍存在於土壤之中，土壤中有很多種細菌，農桿菌只是其中一種。植物的根系植於土壤之中，難免被耕作損傷、被昆蟲損傷，如果是雙子葉植物，比如大豆，根系損傷後就容易感染農桿菌。其實是農桿菌主動感染雙子葉植物根系的傷口，因為傷口會分泌出酚類化合物，而農桿菌喜歡酚類化合物。感染之後，農桿菌的「質粒」的DNA進入植物根系細胞，這好比細胞裡的領導班子增加了新成員。新成員是要表達政見的，領導班子也會通過的，這個新的政見就是讓細胞合成一種生物鹼，這種生物鹼就在根系形成大大小小疙疙瘩瘩的瘤。遺傳學家們不看中這些瘤，看中的是農桿菌質粒DNA的特性：它是質粒DNA，它不是染色體DNA，它不連接到植物的DNA上，它不會遺傳給植物的下一代。於是，就用農桿菌質粒DNA作為轉基因的載體。方法是：在實驗室裡，用一種酶把想要轉入的基因從其DNA上「切割」下來，再用一種酶把「切割」下來的基因連接在農桿菌質粒的DNA上；然後讓質粒DNA進入植物的細胞，質粒DNA帶的新基因可以連接在植物的DNA上，可以遺傳給植物的下一代。好了，轉基因成功。然後，在培養基上將植物細胞培養成植株，就是轉基因植株了。這轉的是雙子葉植物，還有單子葉植物怎麼轉呢？還是利用農桿菌的特性。它主動感染雙子葉植物根系的傷口，不是因為它喜歡傷口分泌的酚類化合物嗎？那麼就用酚類化合物做誘餌，誘導它進入單子葉植物的細胞。最後需要解釋名詞：種子發芽時是一片葉子，就是單子葉植物，如小麥、水稻；種子發芽時是兩片葉子，就是雙子葉植物，如花生、大豆，豆芽就是兩片葉子。

　　二、花粉管通道法。花粉裡包著精子。花粉落到雌蕊的花柱的柱頭上，立即萌發出花粉管，花粉管像一根注射針頭，扎入柱頭，縱穿花柱，刺入子房（植物的子房相當於人的子宮），進入胚珠，胚珠裡有卵子，這時，精子從花粉管裡脫落出來，與卵子結合，形成受精卵，受精卵發育成種子。這就是植物的受粉過程。受粉過程中的花粉管，其實也好比一根鑽井的鑽杆，鑽出的「井」，就叫花粉管通道。把別的物種的DNA片段（基因），通過花粉管通道，送入子房的胚珠裡，這個DNA片段就可以連接在正在發育的受精卵的DNA上。好了，轉基因成功。為什麼轉基因可以如此輕鬆地成功呢？這是因為：1.正在發育的受精卵還沒有形成細胞壁，少了一層阻隔，外來的DNA片段容易進入受精卵細胞。2.受精卵的DNA的複製與分裂很活躍，這時候就容易接受外來的DNA片段的連接。3.在分子遺傳學看來，兩個物種的DNA差別較大，不可能親和，不可能結合；但是一個物種的DNA的片段，與另一個物種的DNA的片段，差別相對較小，就有可能親和，進而結合；那麼一個物種的DNA的片段，就有可能與另一個物種的DNA的某一處相連接；這好比兩個不同專業的公司，合併的可能性較小，而一個公司的一個員工加入另一個公司，可能性則較大。花粉管通道法及其理論，是中科院已故生物化學家周光宇發現的，她因此享譽世界。周光宇教授認為，經典遺傳學（孟德爾—摩爾根遺傳學）指導下的植物遠緣雜交，往往就是父本的DNA的片段連接到母本的DNA上，她稱之為「DNA片段雜交」。其他科學家也稱之為「分子育種」。後來普遍稱之為基因工程，現在普遍叫轉基因。

　　三、基因槍轉入法。基因槍其實是一臺昂貴的設備，美國發明的，我國中科院遺傳所、北京大學有這種設備。既然是「槍」，就有「子彈」，「子彈」就是包裹著的基因；既然是「槍」，就有高壓氣體作為推力。高壓氣體把基因射入植物的細胞裡，根據「DNA片段雜交」理論，基因會連接在植物細胞的DNA上。好了，轉基因成功。可是，成功的概率最高只有百分之一，最低才有千分之一。但是，它可以不停地射擊，所以效率也不低。

　　以上是植物轉基因常用的三種方法，還有不常用的若干種方法不再贅述。

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  • 用幾分鐘了解什麼是轉基因植物，基因看不見，是怎麼轉進去的？
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  • 用轉基因動物還能獲取治療人類疾病的重要蛋白質
    與噬菌體P22DNA在體外重組成功，轉化大腸桿菌，使本來在真核功能中合成的蛋白質能在細菌中合成，打破了種屬界限；1977年Boyer等首先將人工合成的生長激素釋放抑制因子14肽的基因重組入質粒，成功地在大腸桿菌中合成得到這14肽；1978年Itakura（板倉）等使人生長激素191肽在大腸桿菌中表達成功；1979年美國基因技術公司用人工合成的人胰島素基因重組轉入大腸桿菌中合成人胰島素
  • 什麼是轉基因食品?
    以轉基因生物為直接食品或為原料加工生產的食品就是「轉基因食品」，包括轉基因植物食品、轉基因動物食品和轉基因微生物食品。轉基因技術可用來改變植物的某些遺傳特性，培育高產、優質、抗病毒、抗蟲、抗寒、抗旱、抗澇、抗鹽鹼、抗除草劑等的作物新品種; 可用轉基因植物或離體培養的細胞來生產外源基因的表達產物，如人的生長素、胰島素、幹擾素、白介素2、表皮生長因子、B型肝炎疫苗等基因已在轉基因植物中得到表達。
  • 淺談轉基因
    轉基因技術的有關應用目前已經出現在了在人類社會多個領域中，較為常見的包括了利用轉基因技術進行農作物的育種，利用轉基因技術生產疫苗，甚至是利用轉基因技術進行基因缺陷型遺傳病的治療等。現代的轉基因技術的發展史可以簡單概括一下。從1953年，沃森和克裡克提出DNA的雙螺旋結構與半保留複製起，到1966年尼倫伯格等人破譯了遺傳密碼從此分子生物學橫空出世。
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    轉基因的概念：　　轉基因是指運用科學手段從某種生物中提取所需要的基因，將其轉入另一種生物中，使與另一種生物的基因進行重組。目前轉基因技術應用於農業生物工程領域的上市公司主要包括轉基因動物、轉基因植物、轉基因種子、轉基因飼料/化肥領域。目前我國還沒有開放轉基因農作物商業化(轉基因棉花開放目前種植絕大多數棉花為轉基因棉花)，轉基因技術是一個中性技術，技術本身沒有錯，人們擔心的是技術被濫用和監管的缺失，一旦政策與監管跟上，有相關技術儲備的上市公司或率先受益。