转基因技术研究

转基因技术研究（精选十篇）

转基因技术研究 篇1

1 传统转基因水稻花粉采集方法

目前转基因花粉采集主要有2种方法:一是1943年美国Durham提出的自然重力收集法,将涂有黏合剂的载玻片,按照一定空间规律放置于转基因作物实验田中直接进行花粉采集,其原理是随风飘散的花粉在其自身重力作用下被载玻片捕获[2,3]。二是基于空气流体连续性,通过一定的方法使转基因花粉随空气流过采样介质被黏合剂所捕获。根据有无动力分为2类:非动力型花粉采集器和动力型花粉采集器。对于非动力型采集器,当空气自由通过滤网时,空气中的花粉被滤网所捕获。

2 仪器介绍

2.1 仪器总体结构

该文设计的转基因水稻花粉自动采集仪是在单目生物光学显微镜的基础上,加装简易数控机械臂及CMOS视频传感器。利用ARM芯片编程控制,自动实现对简易机械臂控制载玻片的自由移动和CMOS视频传感器的数字图像生成并保存图像资料。仪器的构造主要分为3个部分:机械部分、光学部分、电路部分。

2.2 机械部分

三维平台:由三台高精度步进电机组成,用来控制采集平台的三维移动。底座:仪器的底座,用以支撑整台仪器,安装镜筒和步进电机平台,确保仪器水平放置。镜筒:安装于底座,镜筒上端安装电子目镜,下端安装物镜。采集平台:安装于底座,用来放置载玻片,收集待测目标。光源:安装于底座,采集平台下,给仪器光学部分提供光源。三角支架:安装仪器,高度可自由调节。

2.3 光学部分

电子目镜:安装于镜筒的上端,采用130 W像素的CMOS芯片,最大分辨率可以达到1 280×1 024。可根据自身要求选配不同像素(30～200 W)大小的电子目镜。物镜:安装于镜筒的下端,可供选择的有“4×”、“10×”、“100×”倍的物镜。

2.4 电路部分

ARM9主控板:采用三星公司的S3C2440作为主控芯片,板载64M SDRAM、64M Nand Flash、2M Nor Flash,扩展出了USB接口、串口、SD存储接口。步进电机驱动板:采用L298N作为驱动芯片,利用ARM9主控板发送脉冲信号控制步进电机的转动。LCD液晶显示屏:安装在ARM主控板上,触摸屏,用以设定仪器工作模式、启动仪器工作和仪器复位。电源:电源接口为直流5 V,仪器自带有锂电池,供仪器使用,也可以外接电源。

3 转基因水稻花粉图像识别

3.1 图像识别技术

数字图像处理以及识别是一门相当成熟的科学,从理论上分成早期、中期和后期信息处理阶段。早期阶段得到转基因水稻花粉粒子的灰度图像,以便将输入图像中灰度变化剧烈处的位置、分布和组织结构花粉供中期和后期处理。对于转基因水稻花粉,需要对其进行图像平滑、图像分割、目标提取以及轮廓跟踪,这样可以去除图像中的噪声,加强有用的图像信息,为自动实现花粉技术做好准备工作。

3.2 转基因水稻花粉粒子图像滤波

由于在现实空气中除了花粉粒子外还具有其他大小不同的粒子颗粒,这些粒子颗粒在图像采集过程中也会被仪器所拍摄,从而使获得的原始图像上除了目标物外还具有很多的噪声点。因此,首要任务就是要对原始图像进行滤波处理。该文采用中值滤波的方法对转基因水稻花粉图像进行处理,其原理是把数字图像或者数字序列中一个点的值用该点一个领域中各个点的值的中值来代替。采用中值滤波最大的优点就是在滤波的同时保留了边缘信息。

3.3 转基因水稻花粉粒子的图像分割

图像中的物体除了在边界处表现出不连续性之外,在物体区域内部具有某种同一性或者均匀性。图像分割的方法有很多种,如阈值选择法、界线探测法、匹配法、跟踪法等。该文采用最大类间方差对降水图案进行阈值分割,其基本原理是在某一阈值处分割为2组,当被分成的2组间方差最大时,决定阈值。

3.4 转基因水稻花粉粒子边缘及轮廓提取

图像分割完成之后,原始图像变成二值图像,此时可以利用边缘邻近一阶或者二阶方向倒数变化规律坚持边缘。目前,常用的边缘检测方法有差分边缘检测、Canny边缘检测算子、Roberts边缘检测算子、Sobel边缘检测算子、Prewit边缘检测算子和Laplace边缘检测算子。在此采用Roberts边缘检测算子,其是一种利用局部差分算子寻找边缘的算子。函数如下式所示:

式中,f(x,y)是具有整体像素坐标的输入图像,平方根使该处理类似于在人类视觉系统中发生的过程;g(x,y)是图像中点(x,y)的梯度,表示该点边缘能量的大小。对整幅图像中各点的梯度求和,就可以表征整个图像的清晰度[4]。

4 实际效果

实际采集得到的转基因水稻花粉图像如图1所示,通过VC++6.0软件制作的程序自动对转基因水稻花粉图像进行识别,成功识别出转基因水稻花粉粒子的数量、大小和类型。同时将仪器采集的花粉数据和人工采集得到的花粉数据比较,发现仪器采集的转基因水稻花粉数据和传统人工方法得到的数据具有良好的一致性。

5 结语

该文设计仪器于2009年9月在江苏省农科院溧水试验田成功工作14个工作日,状况良好,数据真实可靠,为转基因水稻花粉扩散规律研究提供了必要资料。由于仪器自动化程度较高,解放了劳动力,可在同类研究中推广。

摘要：转基因水稻技术在农业上的广泛应用给人类带来巨大利益,也给生态和环境带来了不可预知的基因危害。传统监测采集水稻花粉的方法不仅所需的工作量非常大,而且不能获得安全评估模型所需的水稻花粉时空分布精度的实测资料。为此,研制出一种便携式的既不干扰花粉的自然沉降,又可以实时获得当前空间水稻花粉浓度的水稻花粉图像自动采集仪。通过图像识别的方法获得水稻花粉数据,既丰富了水稻花粉扩散模型数据库的资料,又节省了人力资源,为转基因水稻安全性监测和评估提供了有力的帮助。

关键词：转基因水稻,自动采集,图像识别,Roberts算子

参考文献

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[3]赵莉莉,刘寿东,胡凝水.稻花粉扩散源强估算方法研究[J].安徽农业科学,2009,37(23):10833-10834,10837.

转基因技术的研究及应用进展 篇2

转基因技术的研究及应用进展

转基因技术的飞速发展不仅为基因表达、调控和遗传研究提供了一个理想的实验体系,更重要的是为生物定向改良和分子育种提供了一种较佳的方法,使其成为基因工程和育种的.最有效途径.为了能够深刻地了解目前主要的三种转基因技术--农杆菌、基因枪、离子束介导技术,本文简要地阐述了这三种转基因技术的原理、特点,并通过对比较详尽的说明了各技术目前存在的问题,总结了近年来转基因技术的研究及应用进展,并在最后阐明了三种技术的前景及展望.

作 者：王连峰 张军 曾宪贤 陈恒雷 WANG Lian-feng ZHANG Jun ZENG Xian-xian CHEN Heng-lei 作者单位：新疆大学,离子束生物工程中心,新疆,乌鲁木齐,830008;新疆大学,物理科学与技术学院,新疆,乌鲁木齐,830046刊 名：生物技术 PKU英文刊名：BIOTECHNOLOGY年，卷(期)：18(3)分类号：Q9344+.13关键词：转基因 农杆菌 基因枪 离子束

哺乳动物转基因技术的研究概况 篇3

【关键词】哺乳动物；转基因技术；问题；发展前景

1980年，Gordn等人用显微注射转基因方法获得了两只转基因小鼠。1982年，Palmiter和Brinster用此方法把大鼠的生长激素基因导入小鼠受精卵中，获得体重是对照组2倍的“超级鼠”。[1]从此，哺乳动物转基因技术迅速发展，转基因兔、绵羊、猪等相继问世。哺乳动物转基因技术实现了哺乳动物间遗传物质的交换和重组，已成为分子生物学研究的基本技术，并广泛应用于科学研究的各个领域。哺乳动物转基因技术的主要技术环节介绍如下。

1 目标基因克隆和体外重组[1]

1.1 人工合成

它是用DNA合成仪人工合成小片段碱基序列，一般不超过100个碱基。

1.2 互补DNA的克隆

提取组织中的mRNA，用反转录酶合成cDNA，建cDNA立文库，再克隆目标蛋白的cDNA。

1.3 DNA的克隆

首先通过基因克隆技术获得编码目标蛋白的基因，再把目标基因与表达载体相连接，从而形成一个独立表达的调控单元，再通过扩增和纯化，使DNA达到一定浓度后就可以用于基因导入。

2 外源基因的导入

2.1 DNA显微注射

此方法是借助显微操作仪将在体外构建的目的基因直接注射到处于原核时期的受精卵的原核中，使这种外源基因整合到受体细胞的基因组中，以达到转基因的目的。这种方法效果稳定，但操作复杂，转基因效率低。

2.2 反转录病毒感染法

将外源基因重组到载体转录病毒上，包装成高浓度病毒颗粒，然后去感染受精卵或着床后的胚胎，也可将它们进行单层共培养。这种方法的优点是宿主范围广且呈单一位点单拷贝整合，整合效率高，但載体病毒DNA序列有时会对外源基因在受体中的表达产生影响，并且它的安全问题也令人担忧[4]，不易用于商业性转基因动物[6]。

2.3 胚胎干细胞法

这种方法是用外源基因转化胚胎干细胞，通过筛选，把阳性细胞注入受体动物的囊胚腔[1]或桑椹胚的卵周隙形成嵌合体，它会很快地与受体胚囊的内细胞团聚集在一起，共同参入正常胚泡的发育。这种方法的整合率高，但胚胎干细胞细胞株不易建立，所产生的转基因动物全为嵌合体。目前，研究者们正试图把胚胎干细胞的细胞核移入去核的受精卵中来获得非嵌合体[4]。

2.4 细胞核移植法

首先用外源DNA对培养的体细胞或胚胎干细胞进行转染，然后选阳性细胞作核供体，通过细胞核移植获得基因动物。该方法的应用还依赖于体细胞技术的发展[1]。

此外还有精子载体法、基因枪法、电脉冲法、磷酸钙共沉淀法等其他方法[4]。

3 外源DNA整合、转录与表达的分子检测[1]

3.1 外源DNA整合检测

常用方法是用目标基因的一段序列作引物，用PCR仪扩增目标DNA，再通过电泳初步检测是否含目标基因，最后用Southern杂交检测PCR阳性个体是否含有目标基因，如出现阳性，就可断定转基因为阳性动物。

3.2 外源基因的转录检测

该方法是用Nouthern杂交法对转基因动物某一组织的mRNA进行分析检测，出现阳性则表明外源基因具有转录活性。

3.3 外源基因的表达检测

该方法是检测转基因动物组织中是否含有目的基因编码的外源蛋白质，常用的方法有酶联免疫法、免疫荧光法和Western杂交法。

4 转基因哺乳动物研究面临的问题

4.1 转基因技术存在的主要问题

转基因动物的外源基因经常是随机整合和异常表达的，其整合率与表达率极低，同时，转基因动物的多病、不育以至死亡都制约着转基因动物的开发前景[4]。

4.2 转基因动物的安全性问题

（1）具有某些优势性状的转基因动物可能会对生态平衡以及物种的多样性产生不良影响；（2）转基因动物器官移植可能会增加“人兽共患”病的传播机会；（3）用转基因动物生产的食物有可能使食用者发生过敏反应；（4）转基因动物的研究还将会引发一系列社会伦理问题[6]。

5 哺乳动物转基因技术的发展前景

5.1 哺乳动物转基因技术可用来改良动物品种及其生产性能[6]

我们可以利用转基因技术让外源基因在家畜乳腺中特异性地表达，以此提高奶液的蛋白含量和抗菌能力，降低乳糖含量，使其品质更接近人奶。

5.2 用转基因动物生产药物蛋白[6]

把药用蛋白或营养蛋白质与组织特异性表达调控元件藕联，运用家畜的造血系统或泌乳蛋白生产药用或营养蛋白质，提高畜牧业的经济效益。

5.3 为人类器官移植提供供体

探索用转基因动物的器官作为人类器官移植的供体，为器官的异体移植提供基础，利用此项技术可解决器官移植中供体相对不足的问题。

5.4 建立诊断、治疗人类疾病及新药筛选的动物模型[6，13]

利用此项技术，遗传学家可以精确地失活某些基因（如“knock—out”）或增强修复（如“knock—in”）某些基因的表达，从而制作各种研究和治疗人类疾病的动物模型和新药的筛选模型。

参考文献

[1]岳文斌，张建红.动物繁殖及营养调控[M].北京：中国农业出版社，2004：91-98.

[2]剂谦，朱矗泉.生物安全[M].北京：科学出版社，2001.

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[7]张穗扎.转基因动植物及其在农业的应用[J].生物学通报，1993.28（1）：4-5.

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[10]卢一凡，邓继先，朱鑫泉.转基因动物理论与技术的研究进展[J].生物技术通报，1997（4）：19-20.

[11]贾士荣.转基因植物环境及食品安全性[J].生物工程进展，1997，17（6）：37-42.

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[13]瞿礼嘉，顾红雅，胡苹.现代生物技术[M].北京：高等敦育出版社，1998.

转基因食品检测技术研究进展浅析 篇4

1 转基因食品的概念

转基因食品是指利用基因工程技术将一种或多种外源性基因由生物体外转移到某种特定的生物体中,进而促使其能够有效地表达出相应的多肽或蛋白质等产物,这个过程即所谓的“转基因技术”。[1]转基因食品就是指在转基因生物原料的基础上加工生产而成的食品。科学家依据转基因食品的来源将转基因食品划分为动物性转基因食品、植物性转基因食品和微生物性转基因食品这三大类。

1.2 转基因食品对社会和人类的影响

随着转基因生物种类的日益繁多和全球范围内转基因食品原料种植面积的不断扩大,转基因食品成为了世界食品消费市场不可或缺的一个重要组成板块。在转基因农作物给人类社会的发展和消费需求带来巨大的经济效益的时候,越来越多的人开始考虑转基因食品的安全性问题,转基因农作物的种植是否会对生态环境带来潜在的影响等问题。具体而言,这种质疑表现在:转基因生物技术的发展是否会改变新食品的成分构成;转基因食品添加剂是否会对人体健康带来不良影响;转基因食品是否会影响到青少年的生长发育;新基因在转基因食品的流通中是否会影响和破坏食物链和农作物生长环境;转基因食品是否会对自然界的生物多样性产生不利影响等。

1.3 转基因食品存在的问题

转基因食品在现阶段成为了一种模棱两可的争议食品,到目前为止,转基因食品的安全问题均很难给出确切的答复,也没有充足的证据和严肃的科学报告能够证明转基因食品的安全性、永久性和环保性,因而成为了世界各国共同关注的焦点。正在实现不断市场化的转基因产品需要建立一种准确、快速的转基因食品定量检测方法和食品定性技术,来进一步完善我国转基因食品监管方面的科学规范。常规的转基因食品评价方法其灵敏性往往比较差且耗时比较长,容易出现统计误差。加上我国有关转基因食品的生产规范缺乏强有力的法律体制保障,使得我国转基因食品市场出现鱼目混珠的情形,不利于保障我国国民的身体健康。

2 转基因食品检测技术的研究进展

2.1 转基因食品检测技术的内容和分类

转基因食品检测技术是检测转基因食品安全问题的主要技术方法。现阶段,转基因食品检测技术包含酶联免疫吸附实验法、Western印迹法、Southern印迹法和聚合酶链反应法等检测方法在内的D N A检测方法和蛋白质检测方法以及核酸以水平上和蛋白质水平上检测技术的联用。[2]如果根据检测目标将转基因食品检测技术分为核酸检测方法、蛋白质检测方法和使用频率极少的插入外源基因检测方法这三类。其中,核酸检测技术是指以食物内的核算为基础进行测序、凝胶电泳、巢式PCR等标记基因序列检测。如果根据转基因食品检测原理和检测水平进行分类,可以将转基因食品检测技术分为外源蛋白质的测定和PCR检验方法这两种。由于蛋白质水平检测方法仅适用于未进行加工的食品检测和新鲜食品范围,具有较大的局限性,因而现阶段外源基因测定方法的使用范围较为广泛。

2.1.1 转基因食品外源蛋白质印迹检测法的应用发展

蛋白质印迹法属于转基因食品外源蛋白质测定方法的一种,该法也被称之为“Western blot”方法。蛋白质印迹法的检测原理主要将具有较高分离能力的电泳、具有特异性的抗体和具有较大灵敏性的显色酶反应充分结合起来,进而实现含有复杂混合物的转基因食品中特异蛋白质的有效检测,实现食品杂质的有效分离。这不仅有利于实现对灵敏度为1~5ng的特异目的蛋白质的有效检测,又有利于精确确定转基因食品中目的蛋白质的预定限值。该转基因食品检测方法主要适用于对转基因食品样品的定性检测,尤其是对不可溶蛋白质的深入分析,比如对转基因大豆的CP4合成酶含量方面的检测。

2.1.2 复合扩增PCR转基因食品检测技术应用

复合扩增PCR检测法也被称之为“多重PCR”,是目前国际上较为广泛应用的转基因食品检验方法。一般而言,常规的PCR技术每次只能检测一种转基因食品目标片段,其主要是在PCR的反应体系内增加2对以上的引物,进而实现PCR反应的多个靶序列。食品检测人员为了获得全面完整的转基因食品信息,应当对被检测的转基因食品通过运用PCR反应试剂和PCR反应原理,再进行较多次数的PCR检测,与普通的PCR检测方法相比,更有利于实现数个靶位点的共同检测,提升转基因食品检测技术的效率。由于普通的PCR食品检测技术在实践中往往操作比较复杂,且投入的成本也相当高,容易造成潜在的环境污染问题,这些弊端使得普通的PCR转基因食品检测方法的使用范围受到限制。而复合PCR方法能够有效避免这些弊端问题的出现,可以同时获得多个基因目标片段的信息,提升PCR检测的灵敏度,增强复合PCR检测技术的适用性,简化操作程序,降低转基因产物污染的程度,实现转基因食品品系鉴定的准确性和效率性。

2.1.3 外源DNA的检测技术

转基因食品的外源基因主要包括目的基因、调控基因和标记基因这三个重要组成部分。其中转基因食品的调控基因含有终止子和启动子。以转基因食品的外源为基础的DNA检测方法的原理主要是以被插入转基因生物体内的特异外源基因为主,再按照转基因食品DNA序列为目的进行检测的方法。

转基因食品核酸水平检测作为最主要的转基因产品检测技术,其主要检测启动子、基因和终止子,有利于为检测转基因食品创造便利的条件。

2.1.4 基因芯片检测技术

基因芯片是将大量DNA或寡聚核苷酸探针密集排列并固定于玻片或者硅片等载体所形成的微矩阵。[3]它可以将通用的报告基因,抗性基因,启动子和终止子的特异片段(靶片段)固定于玻片上刺成检测芯片,将从待检样品中提取的DNA扩增,标记后与芯片进行杂交,杂交信号由芯片扫描仪检测,再经计算机软件进行分析判断,进而可以获取样品中基因序列特征或者基因表达特征等生物信息。基因芯片技术可对样品进行集约化和平行处理。但是成本较高,导致该方法不易普及。

2.1.5 LAMP检测

[4]环介导等温扩增技术即LAMP,是新型恒温核酸扩增方法。该技术可以在恒温状态下完成反应,因此仅需水浴锅即可完成。另外,LAMP的扩增产物在存有高浓度染料的条件下可以呈现颜色反应,通过肉眼可直接观察,并且反应过程中会形成白色沉淀的副产品,可以通过浊度仪检测其浑浊度进行判断,简化了检测过程。但是,该技术目前尚不成熟,引物设计和条件摸索还有待进一步深入研究。

2.1.6 联用检测技术

不同的检测方法有各自的优缺点,将相关技术进行联用是一种取长补短的好方法。目前有将PCR技术与ELISA技术联用,PCR与基因围。芯片技术结合,多重PCR技术结合激光诱导荧光技术以及PCR技术与表面等离子共振技术相结合等。

3 结语

综上所述,现阶段我国的转基因食品检测技术的种类多种多样。在食品检测的实践过程中,由于针对不同的转基因食品所采用的检测方法也不同,转基因食品中也含有不同的片段,因而食品检测人员应当根据不同种类的转基因食品,选用灵活的行之有效的检测方法,实现促进转基因工程技术高效、快速的发展目标,能够有效避免转基因食品内部引物间的相互干扰,进而扩大转基因食品检测技术的适用范

摘要：随着社会经济的飞速发展和科学技术的不断创新,转基因食品检测技术在我国农业中的应用范围不断扩大。同时转基因食品的生产也为我国带来了巨大的经济效益,扩大了农业的发展空间。近些年来,虽然我国的转基因食品检测技术已经趋向成熟,但是也有越来越多的人开始对转基因食品的安全问题提出了担忧。本研究通过对转基因食品检测技术的进展进行深入研究,以期为我国未来转基因食品检测技术的创新发展提供相应的借鉴。

关键词：转基因食品,检测技术,食品安全

参考文献

[1]霍飞.转基因食品检测技术的发展现状和安全性评价[J].中国公共卫生,2003(9):13-14.

[2]宋姗.转基因食品及其检测技术的研究进展[J].食品研究与开发,2002(1):11-13.

[3]顾爱国.转基因食品检测技术的研究进展[J].江苏农业科学,2006(3):180-183.

转基因技术研究 篇5

人类基因研究及其技术应用的深层思考

人类基因研究及其技术的应用,对人类而言将是一场根本性的革命,它将开启人类的生命之门,人类即将进入基因时代.但是,它在给人类带来多种益处的同时,也会对人类产生相当大的`危害,而这一科技成就及其技术应用对人类潜在的破坏比以往任何科技成就都要大得多.因此,在欢呼人类基因研究取得巨大成就的同时,更要全方位地辩证地看待这一科技成就:要辩证地看待基因技术工具化问题;要辩证地看待基因技术应用的目的性问题.

作 者：李合亮 作者单位：中国人民大学,马克思主义学院,北京,100872刊 名：石油大学学报(社会科学版)英文刊名：JOURNAL OF THE UNIVERSITY OF PETROLEUM，CHINA(EDITION OF SOCIAL SCIENCES)年，卷(期)：18(1)分类号：B82-057关键词：人类基因 工具化 目的性

理性看待转基因技术 篇6

新绿色革命这一概念最早是在1990年举行的世界粮食理事会第16次会议上提出的，新绿色革命最初设想的发展趋势有三点：一是在巩固水稻、小麦，玉米育种等第一次绿色革命成果的基础上，向农业其他领域扩展，二是在有效利用灌溉地的同时，向相对贫瘠的旱地、低地，丘陵山地扩展，改善其维持的20亿农业人口的生计，三是扩大生物技术的研究与应用，开展“基因革命”。

尽管新绿色革命的概念首先是为发展中国家槔出的但由干生物科技的飞速发展使得世界各国看到了农业发展的新希望，因此纷纷按照自己的需要提出了相应的对策，形成了广义的“新绿色革命”概念。

广义的“新绿色革命”概念

英国提出，要通过培育优良的作物品种，改善土地生产能力和防治病虫害来提高作物单产的新思路：美国则看重食品的质量，要解决吃“好”的问题，以开发含微量元素的保健食品为主，而中国农业科学家所提出的我国农业“第二次绿色革命”的战略构想，其目标定义为“少投入，多产出，保护环境”，要求我国作物改良应将增加品种的抗病虫性、营养高效利用、耐旱，抗逆等性状作为重要目标。

可见，尽管不同国家采取的思路不尽一致，但新的绿色革命内涵都是围绕提高产量、改善品质和增强功能三个方面来展开的。

从技术手段上看，虽然传统育种方法也能实现上述要求，但研发的周期无疑要大大延长，所以，新绿色革命所看重的是现代生物技术能够快捷改变生物性状的方法。其核心正是转基因技术。

提高农作物产量可以从生产过程中的多个环节入手，因此培育理想株型，提高作物的抗逆，抗虫。抗病，抗寒等特性，以及抗除草剂和养分高效利用等途径都可以直接或间接地提高产量。现在研究得比较清楚，并在生产实践中已经开始广泛应用的，主要是抗虫和抗除草剂两种转基因作物。

例如，常说的抗虫棉，就是利用苏云金芽孢杆菌的一种特殊蛋白质——伴孢晶体蛋白对昆虫的杀伤作用，首先利用转基因技术将BT基因转入植物体内并表达伴孢晶体蛋白，当昆虫采食植物时就会食入这一毒性蛋白。该蛋白在昆虫肠中被消化后释放出的有效成分d-内毒素，能与肠上皮细胞表面特异性受体结合，导致昆虫停止进食甚至肠壁穿孔死亡。

杂草对于农作物的生长具有极大的危害性，使用除草剂来控制杂草是比较简便的方法，特别是在农业劳动力较少的发达国家，除草剂的施用甚至可以通过飞机大面积播撤来实现。但是，除草剂对于庄稼也有相当的危害，因此通过转基因的方法得到对除草剂具有抗性的农作物，就可以放心使用除草剂了。

其他一些提高农作物产量的方法尚未投入应用，但在实验室中已经获得了令人振奋的结果。例如，改变作物的株型，使之更充分地利用光能而增加产量；也可以通过延缓作物衰老的办法，延长它的生长时间来提高产量。

对于植物抗寒，抗旱，抗盐碱的研究也有初步的成果，通过转基因技术使植物表达保护性蛋白质或合成小分子保护剂，借以抵抗低温干旱和盐碱对植物造成的脱水伤害。其意义在于使作物在原本不适合的环境下生长，或当作物在遭遇不利的气候或水土条件时仍然能够维持相当的产量。一旦这些成果得到应用，必将与抗虫，抗除草剂作物一样，对农业生产产生深远的影响。

改善食物的品质

改善食物的品质是新绿色革命的第二个重要内涵，与之紧密相关的个概念就是功能食品，其本质是通过转基因的方法，改变食物的营养组成，使之更加有利于人类的健康。下面举一个国际上非常有名的关于金色大米的例子，科学家在水稻中导入了胡萝卜、素合成的两个关键酶，使得大米中可以合成并富含胡萝卜素而呈金色，因此得名“金米”。

胡萝卜素在人体中可以被转化为维生素A，而后者对于人类健康极为重要。根据世界卫生组织统计，每年因维生素A缺乏引起25～50万人失明，100～200万人死亡全球118个国家的1.24亿人受到影响，特别是发展中国家5岁以下儿童中有40％的免疫系统因此受到损害。“金米”为改善上述状况提供了一条简单实用的全新思路。

与第一次绿色革命主要解决粮食产量问题相比，新绿色革命开始考虑增加农作物的功能，将其拓展到医药、能源甚至工业等领域。

与传统的微生物或动物细胞等生物反应器体系相比，植物生物反应器更加经济，安全，方便：面对现代社会对能源的需求，不可再生的化石能源终将退出历史舞台，而清洁，可再生的生物质能源将成为未来能源的重要组成部分，如何利用现代生物技术，提高生物质的生产量和能源转化效率，已经成为世界各国所关注的焦点。

另外，生物基材料的应用日趋广泛，这一类利用生物来源物质制成的高分子化合物也就是俗称的“生物塑料”，在合适的自然环境中能够降解，从而避免塑料制品造成的“白色垃圾”污染问题。

转基因技术推动的新绿色革命在生产生活的各个方面都与我们息息相关，农业生产中转基因作物的种植也在迅速增长。转基因作物已经在我国农业生产中应用并带来了巨大的效益，目前已有转基因棉花、番茄、番木瓜、矮牵牛、杨树、甜椒等6种作物被批准进入商品化生产，其中抗虫棉是最主要的产品。2007年，我国种植380万公顷转基因BT棉花，相当于全部550万公顷棉花中的69％，产量平均增加9.6％。每公顷纯收入增加约为220美元，而杀虫剂使用量降低了60％。全年减少杀虫剂使用达14万吨。

转基因生物安全备受关注

尽管转基因作物具有极其突出的优点，但一直以来都存在很多的争论，因此这里要专门讲一下转基因生物的安全和管理。

随着现实生活中各种转基因产品越来越多的出现，转基因生物安全也成为社会非常关注的一个方面，人们对于转基因生物的优点现在已经认识得比较清楚，但对于其潜在的不确定性还心存疑虑，极个别情况下甚至夸大到危险的程度。

目前主要考虑的是转基因作物的安全性问题，这当中又包括环境安全性和食品安全性，前者是指转基因作物在生长过程中对于自然环境可能造成的影响。比如，抗除草剂的作物如果本身不受控制地生长起来，会不会也成为 种难以消灭的杂草?抗逆性强的转基因作物容易生长，会不会成为某个地区的优势物种而破坏生态平衡，还有人担心，转基因农作物的全面应用，有可能导致品种的单一化，将深刻影响自然界生物多样性及对生物多样性的保护和持续利用。

除了安全的问题之外，转基因技术还面临着一些社会的问题。例如，一些宗教信仰

对于食物有定的限制，如果转入的基因恰好是来源于被这个宗教禁止食用的物种，那么，这种转基因作物就可能造成宗教人士的困扰甚至受到抵制。

“争论”的不全是科技问题

尽管媒体对转基因技术有过负面报道，最终又都被证明是研究者本身而非转基因技术的问题，但是它们所引发的公众思考并非有损于转基因技术的发展。 方面转基因技术的安全性得到了进一步的证实，另一方面也确实促成了严格的转基因技术管理体系的诞生。

时至今日，关于转基因生物的讨论仍在延续，对待这项技术我们应该持有个怎样的态度?首先，从安全的角度看，公众包括科学家在内需要理性地对待转基因食品，特别是不能把它看成洪水猛兽。从理论上来说，转基因技术与常规杂交育种没有本质区别，都是通过遗传信息的交流获得优良的性状，甚至在所交流的遗传信息内容上，转基因技术实际上更清楚、更明确。

另外，从转基因作物的应用历史看，国内外数亿人口食用多年未发现转基因产品对身体健康产生损害，上亿公顷种植转基因作物未证实生态环境遭到破坏，因此转基因作物的食品安全性与环境安全性还是有充分保证的。

可以说，食物中毒事件也时有发生，但由转基因食品引起的健康事件还没有先例。这在很大程度上要归功于严格的转基因管理制度，世界各国包括我国在内，对于转基因技术的管理都有一套严密的制度。

其次，看待转基因技术要避免进入认识的误区。应该看到，新技术的发展难免存在风险，人们心存疑虑可以理解，消费者也有权作出是否接受或何时接受新技术成果的选择。但是，应当对“转基因安全性”进行科学的、理性的。全面的分析，承认可能存在风险不等于已经存在现实危险。

第三，要看到所谓的“争论”，并不完全是科学技术'口]题的辩论，它往往还跟政治，贸易、经济、社会。宗教伦理、消费者认知与心理等诸多问题交织在一起。最后必须要看到，转基因技术对社会发展和人类进步有着巨大的推动作用，要在确保人类健康和生态环境安全的前提下。促进生物技术不断发展和完善，加快产业化进程。目前，世界各国都在加大投入，力争在这一轮生物技术浪潮来临之际占据科技制高点。例如，美国前总统布什就曾明确表示，“美国要成为世界领袖必须发展生物技术”。另外，在这样一个植物生物技术产业化的发展趋势不可逆转的情况下，中国必须抓住这样一个发展机遇，积极进行自主创新，力争在世界农业高技术领域占有席之地，为中国的粮食安全和农业发展找到新的道路和方向。

总而言之，以转基因技术为代表的现代生物技术必将成为引导新绿色革命的核心推动力。也是实现新绿色革命的一个根本途径。

转基因技术研究 篇7

关键词：基因工程,基因芯片,植物胁迫应答

基因芯片是伴随人类基因组计划而发展起来的一种高新生物技术, 具有快速、高效、大规模、高容量、高度并行性等特点, 已成为目前国际上生命科学研究的热点之一。随着植物基因序列数据库迅速增长, 基因芯片已成为植物基因组学的主要手段之一。近几年, 采用基因芯片技术进行转基因植物表达谱分析的研究越来越广泛, 通过对差异基因生物信息学分析, 筛选与植物胁迫应答相关基因, 从而深入研究其在植物胁迫应答过程中调控机理。

1基因芯片的概念及分类

基因芯片是利用核酸杂交测序 (sequencing by hybridization, SBH) 原理, 在载体表面建立可寻址的高密度DNA分子微阵列, 通过与标记过的样品核酸序列互补匹配, 进行测序与大规模平行检测生物未知基因分子的有关信息。通过基因芯片技术可大规模、高通量地对成千上万条基因同时进行研究, 从而大大加快了基因研究的效率。基因芯片的种类较多, 根据DNA微阵列上的核酸序列长度, 基因芯片可分为两类:一类是cDNA 微阵列;另一类是寡聚核苷酸微阵列。根据基因芯片所用的载体材料不同, 可分为玻璃芯片、硅芯片、膜芯片、陶瓷芯片等;根据基因芯片制备方式不同, 可分为原位合成芯片、直接点样芯片、电定位芯片和三维芯片等。

2基因芯片实验设计

实验设计是基因芯片实验研究中重要的部分, 是芯片数据可靠的前提。由于基因芯片实验成本昂贵, 在进行实验时需严格设计和认真操作。实验设计中探针筛选、芯片选择、生物学重复次数对试验数据质量都有影响。基因芯片中荧光实验是利用标记了红色荧光Cy5和绿色荧光Cy3的两个样品同时与基因芯片进行杂交, 基因芯片上每一个点包括了这两种样品中相应mRNA的荧光信息, 通过比较两者的荧光信号强度计算相对表达量。因此, 其实验设计和常规比较试验思路是一致的。要得到可靠的生物学结论, 基因芯片实验在实际操作中至少应有三个重复。不必对同一个样品进行重复杂交分析, 但是必须要进行试验重复。

3基因芯片数据分析

基因芯片分析产生大量的数据, 需要专业统计学软件对整体表达情况进行分析。由于芯片实验中涉及许多不确定因素, 因此原始数据首先需经过归一化, 以消除由于系统变异引起的误差, 使得基因表达数据能够真实地反映测量样品的生物学差异。聚类分析是通过建立各种不同的数学模型, 把基于相似数据特征的变量或样本组合在一起。根据芯片中反映的转录因子基因的变化, 与其调节的下游响应基因进行联系分析, 对推测的关联性进行验证将有助于研究这些调控体系。

4基因芯片在植物胁迫应答基因功能研究中的应用

采用基因芯片技术分析干旱胁迫条件下, 小麦根中差异表达的基因。研究发现大部分脱水应答相关基因表达, 这与在其它物种和渗透胁迫研究中得到的结果相一致。通过芯片数据分析, 得到一个新的干旱胁迫诱导的AP2/ERF转录因子, 并且鉴定出一个干旱胁迫诱导的小分子蛋白LitP脂质转移酶。这些干旱胁迫相关基因的深入研究, 对提高小麦品种的抗旱性具有重要的意义[1]。Chujo等 (2007) 对超表达OsWRKY53水稻细胞进行基因组学分析, 发现明显上调防卫反应相关基因表达, 如PBZ1, PR14, Chitinase1, PR5, Chitinase2和Peroxidase。通过实时荧光定量RT-PCR验证这些基因表达量, 与基因芯片结果一致[2]。为了进一步阐明OsWRKY53在防卫反应中作用, 采用真菌病原M.grisea race 007分别侵染野生型和超表达OsWRKY53水稻, 转基因植株明显减轻病害症状, 提高了其对真菌的抗病性。拟南芥中DREB2C基因过表达, 提高了转基因植株耐热性, 进一步采用基因芯片和RT-PCR分析, DERB2C调控了热胁迫相关基因的表达, 且基因启动子区含有DRE/CRT元件[3]。组成型表达ZmEREB2A提高拟南芥植物抗旱性, 对超表达ZmEREB2A植株进行基因组学分析, 表明ZmEREB2A上调了LEA proteins和热胁迫相关基因的表达, 并且超表达ZmEREB2A提高转基因植物耐热性。因此, 可能ZmEREB2A在干旱胁迫和热胁迫过程中起到双重调节作用[4]。小麦HvCBF4基因在水稻植株中过表达, 提高其抗旱性、抗盐性和低温胁迫抗性。采用基因芯片分析转基因植株, 表明HvCBF4调控非生物胁迫相关基因, 如Lip5, Dip1, BBT1 和Jac2[5]。

5结论

基因芯片作为生物技术平台之一, 已成为植物基因功能研究中重要手段。然而, 基因芯片在植物基因功能分析中存在几个重要的问题。 (1) 基因芯片杂交的均一性, 完善同一方法操作的标准化。 (2) 增强基因芯片杂交的灵敏度。 (3) 基因芯片数据的生物信息学分析, 保证快速处理和分析杂交数据。在植物功能组学研究中, 通过基因芯片技术可以深入研究植物胁迫应答调节机理及代谢作用机理等。相信随着研究不断深入和技术的完善, 基因芯片在生命科学研究领域将发挥更加重要作用。

参考文献

[1]Mohammadi M, Kav NNV, Deyholos MK, Transcriptional profiling of hexaploid wheat (Triticum aestivum L.) roots identifies novel, degydration-responsive genes.Plant Cell Environ.2007 (30) :630-645.

[2]Chujo T, Takai R, Chiharu A, et al., Involvement of the elicitor-in-duced gene OsWRKY53 in the expression of defense-related genes in rice.Biochimica et Biophysica Acta.2007 (1769) :497-505.

[3]Lim CJ, Hwang JE, Chen H, et al., Overexpression of the Arabidopsis DRE/CRT-binding transcription factor DREB2C enhances thermotolerance.Biochem.Bioph.Res.Co.2007 (362) :431-436.

[4]Qin F, Kakimoto M, Sakuma Y, et al., Regulation and functional analysis of ZmDREB2A in response to drought and heat stresses in Zea mays L.Plant J.2007 (50) :54-69.

转基因技术研究 篇8

1.1 实验材料

健康成年雄性SPF级SD大鼠(体重150～200g)24只,购自南华大学实验动物中心。

1.2 动物分组及大鼠哮喘模型的建立

大鼠按随机表随机分为正常对照组与哮喘模型组。哮喘模型组(B组,分别为两周B1组、四周B2组、8周B3组,每组各6只)在第1天和第8天腹腔注射OVA(1 mg)+Al(OH)3(100 mg)生理盐水混合液1 m L致敏,第15 d开始以1%OVA雾化激发,每次30 min,隔天1次,以大鼠出现呼吸急促、腹肌抽搐、口唇紫绀代表哮喘模型复制成功。正常健康大鼠为正常对照组(A组6只)以生理盐水致敏,蒸馏水雾化吸入作为对照。分别在哮喘激发2周、4周和8周雾化吸入后的24 h后处死,收集肺泡灌洗液行炎性细胞及嗜酸性粒细胞计数、取肺组织行HE染色、病理图像分析、提取肺组织RNA行基因芯片筛选及实时定量PCR。

1.3 实验方法

1.3.1 肺泡灌洗液炎性细胞检测

肺泡灌洗液(BALF)中炎性细胞及嗜酸性粒细胞计数,分离气管,作“V”形切口,行气管插管,每次注入Hankp s液2 m L作肺泡灌洗,重复3次,要求回收率大于75%且无血液混入。将所收集的BALF离心(2 000r/min离心20 min),取细胞沉淀,用1 m L Hankps液重新混悬,并涂片行瑞氏染色,油镜下记数500个细胞,进行炎性细胞及嗜酸性粒细胞计数。

1.3.2 气道形态学参数测量

肺组织HE染色后,以图像分析软件测定支气管基底周径(Pbm)、总管壁面积(WAt)、内壁面积(WAi)、平滑肌面积(WAm),并用Pbm将测量值标准化,分别以WAt/Pbm,WAi/Pbm,WAm/Pbm表示,代表相应管壁各层厚度。

1.3.3 肺组织总RNA的提取

用Trizol按一步法分别提取总RNA,每50～100 mg组织加Trizol 1m L,匀浆,室温下5 min;加0.12 m L氯仿摇匀,4℃离心15 min(12 000 g);取上清液移至新EP管,加0.15 m L异丙醇,4℃冰箱保存30 min;4℃离心15min(12 000 g);弃上清,加75%乙醇1 m L清洗,再4℃离心5 min(10 000 g)。无RNase水溶解RNA,测得所提的总RNA A260/A280的比值在1.18～2.10之间,1.5%琼脂糖凝胶电泳观察18 s与28 s条带清晰且密度比值约等于2,无基因组污染时可用。

1.3.4 基因芯片实验

由杭州联川生物信息技术有限公司采用Phalanx Rat OneArray基因芯片进行基因表达谱实验,每样品进行二次技术重复实验,用激光共聚焦扫描仪对杂交后的芯片进行扫描,并对杂交信号值进行背景扣除,归一化。筛选差异表达基因的标准为:以基因表达倍数值≥2.0和基因表达倍数值≤-2.0为阈值来确定差异表达基因。

1.3.5 生物信息学分析

用GO及Pathway功能分类标准对差异基因进行功能分类分析。

1.3.6 荧光定量RT-PCR验证

选取2个在2种组织中差异表达的基因,根据GenBank序列号获取全长c DNA序列,由杭州联川生物技术有限公司设计并合成上下游引物基因名称和上下游引物序列以及退火温度和产物长度见表1。SYBRGreen荧光实时定量RT-PCR反应在ABI PRISMR 7900HT型荧光定量PCR仪上进行各样品的目的基因和管家基因分别进行Real-time PCR反应根据绘制的梯度稀释DNA标准曲线,各样品目的基因和管家基因的浓度结果直接由机器生成,每个样品的目的基因浓度除以其管家基因的浓度,即为此样品受检基因校正后的相对含量。

1.4 统计学分析

所有实验数据用(x±s)表示,使用SPSS 13.0软件进行统计学分析,组间比较应用单因素方差分析,组间两两比较采用t检验,采用Pearson直线相关性分析进行相关性分析,P<0.05表示差异有显著性。

2 结果

2.1 白细胞(WBC)及嗜酸性粒细胞(EOS)计数

正常对照组及哮喘模型各组大鼠肺泡灌洗液中白细胞(WBC)及嗜酸性粒细胞(EOS)计数见表2。

2.2 病理组织学改变

正常对照组气道周围无炎性细胞浸润,平滑肌层均匀,无杯状细胞增生及黏液分泌,周围散在少许胶原。见图1。哮喘二周组支气管黏膜下及管壁周围嗜酸性细胞、淋巴细胞浸润,黏液腺增生,部分气道上皮脱落,黏膜下细胞外基质沉积,新生血管形成,气道平滑肌增厚,杯状细胞增生,伴黏液高分泌,胶原过度沉积,基底膜增厚。见图2。随着哮喘病程的进展,气道平滑肌增厚逐渐增加,气道壁进一步增厚,气道管腔狭窄程度更加明显明显。见图3、4。

注:1)示哮喘二周组与正常对照组比较,差异有显著性(P<0.05);2)表示哮喘四周组与正常对照组比较,差异有显著性(P<0.05);3)表示哮喘八周组与正常对照组比较,差异有显著性(P<0.05);4)哮喘四周组与哮喘二周组比较,差异有显著性(P<0.05);5)表示哮喘八周组与哮喘二周组比较,差异有显著性(P<0.05);6)表示哮喘八周组与哮喘四周组比较,差异有显著性(P<0.05)

2.3 图像分析

哮喘大鼠模型在激发两周出现支气管管壁及平滑肌增厚,大鼠激发八周WAt/Pbm、WAi/Pbm及WAm/Pbm均较对照组、激发两周及四周显著增加,表现出气道平滑肌随着激发时间的延长而逐渐增厚。见表3。

注:1)表示哮喘二周组与正常对照组比较,差异有显著性(P<0.05);2)表示哮喘四周组与正常对照组比较,差异有显著性(P<0.05);3)表示哮喘八周组与正常对照组比较,差异有显著性(P<0.05);4)哮喘四周组与哮喘二周组比较,差异有显著性(P<0.05);5)表示哮喘八周组与哮喘二周组比较,差异有显著性(P<0.05);6)表示哮喘八周组与哮喘四周组比较,差异有显著性(P<0.05)

2.4 总RNA定性分析

哮喘组和对照组提取总RNA的A260/A280比值分别在1.81～2.10之间,说明没有蛋白质和DNA残留,纯度较高。经1%甲醛变性、琼脂糖凝胶电泳后,可以清晰地看到18S和28S两条条带,说明RNA完整性好,没有降解。见图5。

1:对照组;2:正常对照组;3:哮喘模型二周组;4:哮喘模型四周组;5:哮喘模型八周组

2.5 芯片杂交结果

扫描结果显示芯片信号强度均一,基因点清晰,背景值均匀,符合要求,且每个标本进行一次技术重复,所有检出信号点的强度经归一化以后的相关性大于95%,说明实验数据可靠;小图为每个基因扫描图右下角放大图。每一个点代表一个基因的表达,亮度越高就代表表达量越高。见图6。

A:正常对照组;B:哮喘模型二周组;C:哮喘模型四周组;D:哮喘模型八周组

2.6 基因表达谱芯片筛选结果分析

按P<0.05差异显著性标准,从24 358条基因中,筛选出哮喘患者与正常对照差异表达2倍以上的基因,其中与哮喘疾病过程中持续表达相关的基因有13条,其中上调基因9条,下调基因4条见表4。用GO及Pathway功能分类分析发现上述差异表达基因主要涉及到炎症反应、免疫反应、防御反应、免疫过程、创伤反应、外部刺激反应固有免疫反应等功能。

2.7 荧光定量RT-PCR结果

在哮喘大鼠肺组织差异表达的基因中选取2个基因Mal、TPD52L1做荧光定量RT-PCR检测,发现在哮喘大鼠肺组织中,上述2个基因在两种组织中变化倍数的变化方向与基因芯片检测结果一致,证明基因芯片结果准确可靠。见表5。

3 讨论

哮喘作为一种多基因遗传疾病,它受到环境因素和遗传因素的双重影响,其发病的复杂分子生物学机制及调控机制目前仍未明朗。以往对于哮喘的研究多局限于气道炎症或气道重塑的某一阶段,而哮喘的发病是一个动态过程,其早期以气道炎症为主,而后期以气道重塑为主。基因芯片技术克服了以往在哮喘研究中的缺陷,能够更全面地从整体分子学水平研究哮喘发病的病因及病理生理机制。本研究以差异基因表达倍数值2.0和基因表达倍数值-2.0为阈值来筛选差异表达的基因,笔者观察到哮喘两周组VS正常对照组中有472条基因表达上调,187条基因表达下调,哮喘四周组VS正常对照组中有447条基因表达上调,365条基因表达下调,哮喘八周组VS正常对照组中有642条基因表达上调,392条基因表达下调,从中可以看出随着哮喘病程的进展参与差异表达的基因越多,通过GO及Pathway对差异基因进行功能分类分析,发现有13条基因在哮喘病程中持续表达,这13条基因涉及到哮喘的防御反应、免疫反应、细胞凋亡等功能有关。

本研究中基因芯片筛选出的基因NOX1、C5、XCL1等目前已经在许多实验中证实参与哮喘的疾病进程,影响哮喘气道炎症及重塑[3,4,5],由此也说明,本组哮喘大鼠模型建立是成功的,但还有许多哮喘发病中的典型基因在本实验中未出现,可能与实验样本容量等有关。此外,本实验中笔者还发现许多新基因在哮喘发病过程中表达,其中Ma L(T细胞成熟相关蛋白)、TPD52L1是其中表达较典型基因,而本组的实时定量PCR结果也显示这两个基因参与哮喘疾病的发展。

Ma L基因于1987年分离得到,定位于2q13,含4个外显子,其c DNA全长为1 051 bp。Ma L基因家族成员在肺、肾等多种组织中广泛表达,而且不同种属之间有同源蛋白质,提示它们在细胞中具有重要的功能。Ma L作为顶端膜蛋白在细胞表面的存在,具有调节上皮细胞吸收和分泌的重要作用[6],并且Ma L基因在顶端膜蛋白转运和蛋白分泌机制中也起作用[7]。近年研究发现Ma L与肿瘤的发生发展有密切的关系。文献报道,在口腔鳞状细胞癌细胞与正常口腔上皮细胞相比,Mal基因的表达显著减少[8]。另外,研究发现Ma L基因在乳腺癌、宫颈癌、头颈鳞状细胞癌、胃癌细胞中均表达下调,认为Ma L下调的机制与启动子的甲基化有关[9,10]。Ma L可通过Fas途径抑制肿瘤细胞的运动浸润和肿瘤的发生,促进细胞凋亡[11]。FERNANDO等[12]发现Ma L除了具有基底-顶端转运的基本功能外,还具有维护上皮样组织细胞的正常极性,其表达下降和分布状态改变,能破坏正常细胞极性,导致肿瘤发生。

气道上皮在哮喘发病中发挥着重要的作用,气道上皮结构完整性的缺陷或功能紊乱是哮喘等疾病的启动环节[13],但其相关机制尚不明确。本实验通过利用全基因表达谱芯片技术,对哮喘大鼠模型的不同阶段进行基因表达差异谱分析,发现Ma L随着大鼠哮喘病程的进展其表达逐渐出现下调。以往文献表明,MaL主要在上皮细胞中表达,与维持上皮细胞形态和功能密切相关,笔者推测Ma L在肺组织中下调,主要是在气道上皮细胞中表达减弱,可能与哮喘发病有关。且本实验研究发现在哮喘疾病中气道内炎性细胞的浸润以嗜酸性粒细胞为主,并在早期即有气道上皮的破坏,且随着疾病的进展气道内炎症的浸润及上皮的破坏和气道重塑情况越严重(见表2、3,图1～4)。为此,笔者推测Ma L在哮喘疾病中的作用机制可能是内外界因素不断刺激气道上皮细胞,引起Ma L表达下降。使气道上皮细胞正常形态和功能发生改变,促使气道上皮细胞分泌促炎性因子或致纤维化因子,从而启动气道炎症,维持其慢性发展,进而促使气道重塑的形成,导致哮喘病理、病程的进展。如果能提高Ma L表达,能否延缓或抑制哮喘的炎症启动、持续和气道高反应性及气道重塑,是一个新的治疗途径。

TPD52L1是癌蛋白52(D52)家族成员之一。D52家族基因扩增与肿瘤增生和病毒转导细胞增生相关[14]。逆转录病毒转导的D52能够促使鸡的神经胶质上皮细胞增生[15],又证实了D52家族基因表达与细胞增生相关。通过本实验发现,TPD52L1随着哮喘病程的进展其表达逐渐上调。结合本实验结果及相关文献,笔者推测TPD52L1参与哮喘疾病的进展,可能与气道上皮细胞的增殖等有关,从而促进哮喘气道重塑的形成。

结合本实验结果及相关文献报道,笔者将在今后的实验中,通过对气道上皮细胞的研究,检测Mal、TPD52L1基因在气道上皮细胞中的具体作用,从而为哮喘的发病机制提供新的实验依据。

另外,从结果中发现有许多基因参与哮喘的疾病进程,但在哮喘整个疾病过程中只有13个基因持续表达,这一现象是否因本实验样本量有关,此外某些基因在大鼠哮喘早期表达上调或下调,而在晚期表达下调或上调,这在以往的文献中未见报道,笔者也将在后续试验中对此进行研究及分析。

支气管哮喘的发病是多因素、多基因共同影响的结果。现已发现了许多与哮喘发病相关的基因,但我们还需要在全基因组的水平上进行检测,以全面研究哮喘相关基因的表达。基因芯片(gene chip或DNA microarray)作为一种高通量高效能的筛选工具是研究基因表达的有效方法[1,2],它在疾病研究中以一种系统、整体的方法进行研究,打破了一种疾病,一种基因的陈旧模式,整体宏观地研究生物体基因的表达及功能。为此,我们采用全基因表达谱芯片技术,筛选哮喘大鼠差异基因表达的动态变化,并分析这些基因的功能,以进一步探讨哮喘发病的分子机制。

摘要：目的 利用基因芯片技术寻找哮喘大鼠与正常大鼠之间差异基因的动态变化,寻找参与哮喘发病的新基因。方法 分别于激发哮喘2、4、8周处死大鼠收集肺泡灌洗液行炎性细胞及嗜酸性粒细胞计数,取肺组织行HE染色、病理图像分析,提取肺组织RNA行基因芯片筛选及实时定量PCR验证。以基因表达倍数值2.0和基因表达倍数值-2.0为阈值来确定差异表达基因,然后用GO及Pathway分析对差异表达基因进行功能分类分析,结果以P<0.05为差异显著性标准。结果 从24 358条表达基因谱中,筛选出哮喘大鼠与正常大鼠持续性差异表达2倍以上的基因有13条,其中发现Mal和TPD52L1等新基因参与哮喘疾病过程。结论 Mal、TPD52L1基因在肺组织中异常表达,影响哮喘的病程进展。

基因检测产业技术创新能力建设研究 篇9

国务院在2010年颁发的《加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中,将新材料产业,新能源产业,生物技术产业,高端装备制造业,信息技术产业,新能源基因检测产业,节能环保产业作为国家战略性新兴产业[1]。基因检测技术也被列入“新型健康技术惠民工程”。H省政府于2015年下发《H省促进基因检测技术应用若干政策(试行)》的通知[2]。提出了个性化医疗的全力发展,基因检测试点的推广等十二个政策,积极的推进H省基因检测技术的发展,加大在重大疾病治疗上基因检测技术的应用,进一步保障人民的生命健康。本文以H省发展基因检测产业的具体数据为基础,利用层次分析法构建相应的评价指标体系并进行测算,期望对H省的基因检测产业培育和发展提供理论支持和政策建议。

2 模型构建

根据产业技术创新能力评价指标体系的设计的基本原则,结合了相关学者对产业技术创新能力评价指标的研究,本文构建了基因检测产业技术创新能力评价指标体系。如表1所示。

2.1 创新投入能力的构成指标

(1)研究开发经费投入水平。评价企业在研究开发中为其投放的金钱数量。研究开发经费的投入水平=研究开发的经费/新产品的销售收入。(2)研究开发人员比重。评价研究开发人力的投入情况。其计算公式为:研究开发人员的比重=研究开发人员的总数/企业员工的总数。

2.2 创新管理能力的构成指标

(1)管理层的创新意愿。该指标作为定性指标,主要能够体现作为企业的管理人员对待技术创新的态度。(2)创新战略。该指标作为定性指标,主要体现企业在创新管理活动当中创新战略的制定情况及员工的执行情况。(3)创新机制。该指标作为定性指标,主要体现在企业的创新机制和激励机制当中,评判的标准是企业在平常的生产经营活动当中制度的运行状况。(4)信息化水平。该指标作为定性指标,主要体现在办公自动化和企业信息化投入的情况。(5)企业创新文化。指标作为定性指标,主要体现在企业是否为员工提供了技术创新的良好氛围,企业是否给员工灌输了创新的意识,创新的观念,以及内部环境是否能够帮助员工进行很好的技术创新研究。(6)创新风险防范和危机处理能力。该指标作为定性指标,主要体现的是企业在技术创新活动中面对风险的及时处理问题的能力情况。

2.3 研究开发能力的构成指标

(1)人均专利拥有数。主要反映技术创新的人均研发成果。其计算公式为:专利倾向=申请专利总数/研究开发人员总量。(2)工程技术人员所占比重。权衡企业研究开发能力的技术人员的投入情况。(3)生产人员技术水平。定性的指标,主要通过企业员工从事生产活动的整体素质来体现,根据国家的划分标准,技术等级划分为初级,中级,高级,技师,高级技师,采用专家打分法去测度。

2.4 生产制造能力

(1)研发机构设立情况。该指标作为定性指标,主要体现在企业对研发的重视程度,研发部门设置的数量,研发机构的设置的数量,研发机构的质量等。(2)行业装备的先进性。本文则通过主要设备的拥有量从侧面来反映先进设备的拥有水平。(3)消化吸收能力。该指标作为定性指标,主要体现在企业对于非自主创新的引进吸收和再利用,通过对其他企业技术的引进以及和其他企业的合作来进行消化吸收能力的定性判断。

2.5 市场化能力的构成指标

(1)营销费用投入强度。体现企业在日常营销活动中投入的经费情况。广告支出的强度=新产品广告支出费用/新产品销售收入费用。(2)营销人员比重。体现在企业在日常营销活动中所投入的人力。营销人员比重=营销人员总数/企业职工总数。(3)市场调研水平。该指标作为定性指标,主要体现在企业对于市场情况的调查和分析能力。(4)营销网络化程度。该指标作为定性指标,主要从信息的及时性和准确性以及网络销售的规模大小等方面做评价。

2.6 创新环境水平的构成指标

(1)创新基础设施。该指标作为定性指标,可以通过互联网计算和信息环境指标的发展情况去进行定性的评测。(2)融资环境。该指标作为定性指标,可以通过风险投资机构的运行情况去进行定性的评判。(3)政府扶持力度。可以根据政府对企业的资金投入情况进行定性的评判。(4)创新社会服务体系建设。该指标作为定性指标,主要体现在社会服务体系的构建的是否完善,比如社会团体,中介机构及科研院校等等。

3 实证检验

首先通过专家打分法对基因检测产业技术创新能力的一级指标进行评判,将表的数据加以量化,然后形成两两判断矩阵,最后通过几何平均算数计算得出对应的λmax,CT,CR。见表2。

计算每一行的乘积:

计算判断矩阵的最大特征根λmax

进行最后一致性检验

按照上面的计算方法,依次计算出二级指标现对于一级指标的权重,最后得到二级指标相对于目标层的综合权重见表3。

本文收集的数据和无量纲化的原始数据主要来源于《中国统计年鉴2014》,《中国科技年鉴2014》和《中国高技术统计年鉴2014》,选取了北京、天津、上海、重庆、广东、广西、安徽、江苏、吉林、浙江等主要基因检测产业省份和直辖市作为对比的区域,运用技术创新能力指标评价体系对这些城市和H省进行对比分析,以此来评价研究H省基因检测产业技术创新能力。(见表4、表5、表6)

以上原始数据的单位、意义和量级都不同,在进行评价之前必须将这些原始数据进行无量纲化,来解决各指标单位不同、数级不同的问题。针对定量指标,可用以下公式就行转化:当指标性质为正时,其计算公式为:bi=(ai-amin)/(amax-amin);当指标性质为负时,其计算公式为:bi=(amax-ai)/(amax-amin)。

资料来源:《中国高技术统计年鉴》.

在上面公式中:ai表示在i指标体系中实际数据;bi表示i指标在经过以上公式转化后形成的分析数值;amin表示i指标在整个指标体系之内得到的最小实际数值;amax表示i指标在整个体系之中的最大实际数值。

对于定性指标,可采用Likert五级标度法对各个指标进行设计,指标得分数的含义为:1分表示很差,2分表示较差,3分表示一般,4分表示好,5分表示很好。然后根据主观的专家打分法将定性指标量化处理,再利用无量纲化计算的公式进行数值的转化。运用上述方法将原始数据无量纲化。

分析与讨论:H省基因检测产业技术创新能力总体得分为0.3996,处于中等水平,基因检测产业比较发达的城市相比技术创新能力还有一定的差距。具体来说,在创新投入方面基因检测产业指标得分最小,说明H省基因检测产业在研发资金、人员、先进设备上的投入存在着不足,应该加大这方面的投入力度,保证基因检测产业技术创新有充足的创新资源开展技术创新活动。在创新管理方面得分为0.3932,说明H省基因检测产业整体的创新管理水平在全国来说处于比较高的地位,反映出各基因检测企业都比较重视基因检测产业的技术创新,在研究开发方面,H省基因检测产业总体得分为0.4983是六项指标得分中,排名第二,说明H省基因检测产业的研究开发能力比较强,每年获得的专利数逐步提高,这应该是整个产业有着比较高的创新管理水平的体现,研究人员有创新的意识和动力,当然也应该看到和先进地区的研发能力相比还是存在差距,不断提高研究开发能力达到国内领先地位是努力的方向。在基因检测产业创新环境水平方面,该指标的得分为0.2839,该得分是整个一级评价指标当中第二低的,反映出基因检测产业在创新环境水平方面存在很多的不足之处,主要表现在政府对于科技活动方面的财政支出并不多。基因检测产业想要在技术创新能力方面得到进步和发展,在产业内部,需要企业能够不断的提升自身的技术创新能力,在产业外部,则需要政府为企业提供练良好的环境,在人力、物力、财力及产业政策方面提供大力的支持。只有产业内部和外部做到相互配合,才能够推进H省基因检测产业在技术创能力方面的不断发展。

资料来源:《中国高技术统计年鉴》.

资料来源:《中国高技术统计年鉴》.

摘要：基因检测产业作为我国政府重点发展的战略性新兴产业之一,技术创新既是新兴产业的显著特征,又是新兴产业可持续发展的根本动力。本文以H省发展基因检测产业的具体数据为基础,利用层次分析法构建相应的评价指标体系并进行测算。研究表明:H省基因检测产业技术创新能力总体得分为0.3996,处于中等水平,基因检测产业比较发达的城市相比还有一定的差距。其技术创新能力的提升可以从两个方面着手,一是加强企业本身的技术创新能力,二是政府营造良好的创新环境。

关键词：基因检测产业,技术创新,战略性新兴产业,评价体系

参考文献

[1]国家发改委国务院关于《加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,2010,12.

[2]H省人民政府办公厅推行《促进基因检测技术应用若干政策》(试行),2015,8.

宏基因组技术的研究问题分析 篇10

微生物一直以来都占据着生物圈里非常重要的位置, 如推动地化循环以及维持生态平衡等等一些活动。但是截至目前我们人类对于这些微生物的认识与了解都还只能算得上是一些皮毛, 这与我们人类在整个生态系统中所占据的位置是极其不相符的。因此, 随着人类科学技术的不断进步以及思维方式的不断深化, 人类在拥有了分子生物学以及分子遗传学的技术后, 以现有的基因学为基础诞生了新的一门交叉学科/宏基因组学 (Metagenomics) , 它一经问世吸引了全世界学者的关注并且得到了快速的发展, 同时它也代表了今后人类关于生命学科研究的方向。下面笔者就宏基因组学的定义、技术及其应用几个方面的问题进行分析与探讨。

1 宏基因组学的定义及其技术方法

宏基因组学 (Metagenomics) 又可以称为微生物环境基因组学或者是元基因组学, 一般是指运用非培养的分子生物学技术和方法以及手段来对宏基因组展开的系统研究。因此宏基因组技术一般采用的就是非培养的方法进行研究, 而其技术和方法大致分为以下几点。

1.1 宏基因组DNA提取

宏基因组DNA提取的关键在于提取基因组样本时要在尽可能保DNA片段的纯度与完整性的前提下加大提取的样本量, 因此我们一般采用的提取宏基组DNA的方法有两种:第一种为原位提取法。这种方法相对操作比较简单, 同时所获得的DNA也比较完整, 但是其经常会造成提取的DNA片段相对比较小的问题, 一般所提取的DNA片段在1~5 kb之间。第二种方法是异位提取法。这种方法最大的优点就在于提取的DNA片段完整性比较高, 一般在20~500 kb之间, 并且DNA中的杂质相当少, 但是这个方法对于提取细胞壁比较厚的微生物DNA而言就存在一定的问题。

1.2 宏基因组文库构建

一般来说研究的总体目标是决定构建宏基基组文库的策略。当研究目的表现不同时我们进行文库构建时的侧重点也将有所不同, 如侧重于高拷贝还是低拷贝、高丰度还是低丰度基因。在构建基因文库的过程中我们需要选择好合适的宿主菌株与克隆载体, 因此一般采用的方法就是直接运用表达载体来建立宏基因文库, 然而这样操作对于宏基因片段也有一定的要求, 要求基因片段必须在10 kb以下方能插入表达载体内。

1.3 宏基因组文库筛选

因为环境基因组具有相当高的复杂性, 因此对文库内有用的基因我们需要采有高灵敏度与高能量的方法来进行筛选与鉴定。而在实际运用中所采对的筛选方法一般可以分为四大类: (1) 功能驱动筛选 (以重组克隆所产生的新活性为依据来进行筛选的一种方法) 。 (2) 化合物结构水平筛选 (以结构不同的物质在色谱中拥有的吸收峰值各不相同为依据, 通过对转入与未转入的外源基因宿主细胞或是酵液提取物的色谱图进行比较的筛选方法) 。 (3) 序列驱动筛选 (以已知基因设计探针或是引物, 然后通过对核酸杂交、引物的扩增来进行筛选的方法) 。 (4) 底物诱导筛选 (运用适宜的底物来进行诱导, 促使基因编码催化活性基因表达为基础的方法) 。

2 宏基因组学的应用

2.1 在基础微生物研究中的应用

由于自然界中所拥有的微生物数量以及种类大多数我们都是处于未知的状态, 有了宏基因组学之后, 我们就可以通过构建基因组文库, 从中获取大量关于未知微生物的信息。另外还能通过宏基因组文库筛选与基因改组等一些基因工程技术方法相结合的办法, 为我们开发利用新微生物活性物质方面作出巨大贡献。

2.2 在农业微生物研究中的应用

由于土壤中所蕴含的很多微生物是不可培养的, 这不仅局限了生物专家对于生物资源的利用与开发, 同时也不利与我们对于土壤的改造和有机肥料的供给以及农作物品种的改良等, 但是如果采用宏基因组学的技术对土壤中的微生物进行利用与开发, 那将取得令人意想不到的效果。

2.3 在医学研究中的应用

由于人类与动物体内都有好多个区域都是合适微生物生存的环境, 如口腔、肠道以及皮肤表面等, 我们同样可以运用宏基因学的方法来对这些区域的微生物进行研究, 尤其是治疗这些区域的疾病时, 我们更可以通过这种方法来实现对病人病情变化的观察与治疗法案的修正。虽然宏基因组学在目前来说对于医学方面的研究才刚刚开始, 但是已经取得的研究成果是非常惊人的, 因此有关宏基组学与医学方面的文章也越来越多, 相信在不久的将来其必能为医疗事业作出更大的贡献。

3 结语

截止到目前为止, 已经有近1 000种生物全基因组序列得到测定, 目前, 各个国家都在开展关于宏基因组问题的研究, 但是, 宏基因组并非完美无缺的, 这一技术的发展过程中也存在着一系列的技术瓶颈, 目前DNA提取方法在片段长度、纯度、DNA量方面都无法满足需求, 在未来需要进一步探讨新的解决技术。

摘要：随着人们思维模式的转化与生物技术学科的发展, 宏基因组学这门新型的学科诞生, 引起了世界各国的关注, 这一学科代表着生命学科的研究方向。主要针对宏基因组技术的研究问题进行分析。

关键词：宏基因组技术,研究问题,分析

参考文献

[1]刘海燕, 常玉梅.宏基因组学及在人体微生物研究上的应用[J].中国现代医学杂志, 2012 (8) .

[2]孟飞, 俞春娜, 王秋岩, 等.宏基因组与宏基因组学[J].中国生物化学与分子生物学报, 2010 (2) .