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基因工程在畜牧业上的应用范文1
[关键词] 生物技术 畜牧兽医 应用
[中图分类号] S8-1 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 （2014）01-0242-01
随着DNA重组技术等生物技术的快速发展，生物技术产品被广泛应用于饲料工业、畜禽疾病控制、动物生产等领域，并在其中发挥着巨大的作用，有效的提高了畜禽的生产能力、饲料的产量和质量，减少了畜禽疾病的发生率和死亡率，改善了环境污染。生物技术在畜牧兽医领域中的应用主要有以下几个方面。
一、生物技术在动物育种中的应用
动物育种中广泛应用的生物技术主要有转基因技术、动物克隆技术、DNA重组技术以及胚胎工程技术等等。运用现代生物技术进行分子育种可以有效的改善传统育种方式中的培育周期长等问题，大大的加快了育种的进展，提高了育种的质量。比如，利用生物技术可以把特种功能的基因簇或者是单个基因插入某个生物品种的基因组中，并成功表达，再运用相关的生物技术进行诊断和检测，选择出能够达到预期标准的小组，不仅可以有效的提高育种的准确性，加快育种的速度，还能提高畜牧品种的生产能力和经济性状。
二、生物技术在操纵动物生产中的应用
生物技术操纵动物生产主要表现在运用相关生物技术对动物原有的内在和环境系统进行目的性的干预，使动物机体所达到的新的代谢平衡向人类期望的方向移动。比如，通过生物技术人工合成的生长激素，可以达到和动物天然的生长激素相同的作用，可以有效的促进动物的生长，降低动物的采食量，并且对动物及人类健康都不会产生不良影响，有效的促进了畜牧业的发展。
三、生物技术在防治与诊断动物疫病中的应用
在防治动物疫病方面，运用生物技术培育的基因工程兽用疫苗与常规疫苗的生产相比生产周期更短，疫苗的种类更多，效果更强大，并且降低了由于残毒和污染而造成的生物污染的机率。常见的有预防禽痘病毒的活病毒载体重组疫苗、基因缺失疫苗、核酸疫苗等等。在畜禽疾病诊断方面，随着生物技术发展而产生的限制酶分析法、免疫印迹法、核酸探针法以及聚合酶链反应法等多种分子生物学的诊断方法都是畜禽疾病有效的诊断方法。
四、总结
生物技术是一门神奇而复杂的综合性技术，生物技术应用在畜牧兽医领域中，不论是在动物育种、动物生产、动物疫病的防治与诊断，还是在新生物制品和制剂的研制上，都发挥着重要的作用，生物技术为畜牧兽医领域的发展有着巨大的推动作用。
参考文献
基因工程在畜牧业上的应用范文2
论文摘要：随着世界人口的增长，农业将经历具有重大意义的革新。毫无疑问，生物技术作为科学和技术在这场变革中将起到关键性的作用。原则上讲，生物技术本身有能力帮助人们提高农业生产力和保护环境，但在实践中，生物技术作为环境保护的人其作用相对来说是微乎其微的。人们对它在环境保护以及促进人类进步中的作用仍将拭目以待。
一、生物技术给农业发展带来机遇
广义上讲，生物技术是利用有机体、死细胞、活细胞以及细胞内含物，采用特殊的过程生产出特殊的产品应作到农业、医药以及环境修复治理中，尤其是70年代基因工程的出现，它能改变、取代物种的基因。
生物技术在农作物中已有广泛的应用。最初通过遗传工程获得而进入市场的作物是：玉米、大豆和棉花。它们经转基因后具有抗除草剂和棉铃虫的能力。这种玉米、大豆和棉花从Bt细菌获得基因，经遗传改良后具有防虫害的能力。利用Bt细菌获得经遗传改良的作物的潜力是相当大的。例如：美国有200万hm2的Bt棉花，澳大利亚有40万hm2，两者各相当于2.5亿美元价值。如果将Bt玉米引种在美国1000万hm2的土地上，只要增产5%，就意味着能增加3.5亿美元收入。这项技术进一步促进了Bt制剂控制虫害在商业上的应用。除此之外，还有许多经转入特定基因的玉米品种，这些品种能同时抗除草剂和一些虫害。
生物技术在畜牧业上应用所获得的益处与在农作物上相似。一方面，生物技术有助于提高畜禽的生命力以及消灭竞争者。促进畜禽生长的物质有生长激素以及促进其生长的调节剂，这些物质可由基因工程而获得。如利用鼠类基因（该基因能促进角蛋白的形成）能获得了经遗传改良的绵羊，这种绵羊比普通棉羊产毛量能提高6%左右。另一方面，生物技术在提高农作物产量、质量的同时，有助于提高畜牧业的生产力发展水平。例如，通过控制饲料作物体内碳水化合物含量可提高畜牧业生产力；利用基因调控技术可以提高包括豆科作物在内一些作物的蛋白质含量，减少饲料作物中难消化的木质素含量等。达比等人已生产出一种转基因三叶草，可应用于澳大利亚绵羊牧场。该基因来自向日葵，经转基因的三叶草能制造富含氨基酸的蛋白质，该蛋白质经食物链进入绵羊体内，进而能提高产毛量。
生物技术给人类带来的益处也包括在生态和环境两个方面。利用生物技术提高现有农业生态系统的生产力可以减低农业向原始的、自然、半自然生态系统扩张的要求，因此，它有助于有人类保存、保护地球上仅有的自然生态系统及其资源，有助于人们未来再利用其中的基因资源开发新的产品。
生物技术已用于生产抗虫害、抗除草剂作物。正如前面所述，一些转基因棉花、玉米、大豆等具有抗虫害、抗除草剂的能力。1995年人们可以在市场上购买到转基因马铃薯，这种马铃薯能产生水晶蛋白，而水晶蛋白对科伦那多马铃薯甲虫有毒害作用。这些转基因作物能减少杀虫剂的用量，降低杀虫剂及其残留物对食物链、水体造成污染，从而有利于保护生态环境。
在许多农业生产区，土壤氮素可利用量是制约农业生产力提高的一个重要因子。而一高科技农业生产区使用人造氮肥是以牺牲生态环境为代价的。制造氮肥要利用大量能源，据统计，英联邦农场平均投入的能源大约有50%来自肥料。由施用肥料而产生的温度气体（二氧气化碳、氮氧化合物等）不可避免地促进地球气候变暖。除此之外，农业土壤的氮素流失是水体富营养化的主要原因。
生物技术的利用能为这些问题的解决提供潜在的、真正有价值的帮助。
同样，人们可以利用真菌来提高土壤养分的有效性。温莱指出：特定的真菌类能促进土壤养分的释放，从而促进作物生长；真菌也能通过分解有机物质（例如纤维素等）释放出糖类，促进固氮菌的生长。进一步提高土壤养分有效性的可能，包括获得转基因细菌和真菌，以进一步增强它们制造养分和释放土壤养分的能力。转基因作物的最终目标是使作物本身能够自行固氮，避免、减少使用人造肥料，从而减少对生态环境的破坏。这在目前尚不可能，但在将来却有望实现这个目标。
二、利用生物技术发展农业应注意克服的问题
从经济角度上讲，生物技术带来的不利并不明显，然而，它会引起发达国家与发展中国家贫富差距进一步扩大。因为，生物技术公司主要集中在发达国家，发达国家可以通过输出生物技术产品而获得利润。与此同时，发展中国家由于技术、及其产品还远没有被广泛接受。
生物技术可能引起生产方式和人类健康的退变。这种情奖品可能会随着需要特定处理的转基因作物的出现而产生，特别是抗除草剂的转基因作物出现。农民必须从同一公司购买种子和除草剂，否则除草剂起不了作用。同样的问题也可能在需人造肥料的转基因作物上出现，这些转基因作物会取代传统的依靠有机肥的作物，后者在发展中国家是很普遍的，并且也有利于环境保护。生物技术在食品上的应用对发展中国家的农民也会造成许多困难。生物技术也会对人类的健康制造麻烦。近年来在英国已有这方面的报道。特别是当能引发人体过敏反应的基因转入农作物时，例如，坚果能引发人体过敏反应，若它的基因被导入其他作物，则有可能其他作物也会引起人体过敏。为了预防起见，转基因作物产品必须经免疫测定筛选后才能利用。
生物技术也可能引发环境问题。人们利用生物技术生产出抗旱、耐盐、抗病虫害作物同时，也导致生物多样性遭受严重破坏，甚至导致一些物种灭绝。这一结果是由于生物技术促进农作物向它原本不适应的地域扩张而造成的。生物技术同样加速土壤侵蚀和沙漠化。农业，尤其是耕作农业的扩张会增加除草剂、杀虫剂、人造肥料的使用，农业中不断投入的能源促进全球变暖。与此同时，氮素生物化学循环的改变也加剧了水体的富营养化，直接影响人类和动植物的生存。新晨
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【关键词】技术；影响；基因
Biotechnology for the influence of agriculture in the future
Peng Demei
【Abstract】Biotechnology as science and technology will play a key role in this revolution. In principle， biological technology itself has the ability to help people improve agricultural productivity and protect the environment， but in practice， the biological technology as its role in environmental protection agent is negligible. For its role in environmental protection and the promotion of human progress is still to be seen.
【Key words】Technology； Influence； Gene
1 生物技术给农业带来的益处
广义上讲，生物技术是利用有机体、死细胞、活细胞以及细胞内含物，采用特殊的过程生产出特殊的产品应作到农业、医药以及环境修复治理中，尤其是70年代基因工程的出现，它能改变、取代物种的基因。
生物技术在农作物中已有广泛的应用。最初通过遗传工程获得而进入市场的作物是：玉米、大豆和棉花。它们经转基因后具有抗除草剂和棉铃虫的能力。这种玉米、大豆和棉花从Bt细菌获得基因，经遗传改良后具有防虫害的能力。利用Bt细菌获得经遗传改良的作物的潜力是相当大的。
生物技术在畜牧业上应用所获得的益处与在农作物上馆似。一方面，生物技术有助于提高畜禽的生命力以及消灭竞争者。促进畜禽生长的物质有生长激素以及促进其生长的调节剂，这些物质可由基因工程而获得。如利用鼠类基因（该基因能促进角蛋白的形成）能获得了经遗传改良的绵羊，这种绵羊比普通绵羊产毛量能提高6%左右。另一方面，生物技术在提高农作物产量、质量的同时，有助于提高畜牧业的生产力发展水平。例如，通过控制饲料作物体内碳水化合物含量可提高畜牧业生产力；利用基因调控技术可以提高包括豆科作物在内一些作物的蛋白质含量，减少饲料作物中难消化的木质素含量等。达比等人已生产出一种转基因三叶草，可应用于澳大利亚绵羊牧场。该基因来自向日葵，经转基因的三叶草能制造富含氨基酸的蛋白质，该蛋白质经食物链进入绵羊体内，进而能提高产毛量。
生物技术给人类带来的益处也包括在生态和环境两个方面。利用生物技术提高现有农业生态系统的生产力可以减低农业向原始的、自然、半自然生态系统扩张的要求，因此，它有助于有人类保存、保护地球上仅有的自然生态系统及其资源。
生物技术已用于生产抗虫害、抗除草剂作物。正如前面所述，一些转基因棉花、玉米、大豆等具有抗虫害、抗除草剂的能力。1995年人们可以在市场上购买到转基因马铃薯，这种马铃薯能产生水晶蛋白，而水晶蛋白对科伦那多马铃薯甲虫有毒害作用。这些转基因作物能减少杀虫剂的用量，降低杀虫剂及其残留物对食物链、水造成污染，从而有利于保护生态环境。
同样，人们可以利用真菌来提高土壤养分的有效性。温菜指出：特定的真菌类能促进土壤养分的释放，从而促进作物生长；真菌也能通过分解有机物质（例如纤维素等）释放出糖类，促进固氮菌的生长。进一步提高土壤养分有效性的可能，包括获得转基因细菌和真菌，以进一步增强它们制造养分和释放土壤养分的能力。转基因作物的最终目标是使作物本身能够自行固氮，避免、减少使用人造肥料，从而减少对生态环境的破坏。这在目前尚不可能，但在将来却有望实现这个目标。
2 生物技术带来的不利
从经济角度上讲，生物技术带来的不利并不明显，然而，它会引起发达国家与发展中国家贫富差距进一步扩大。因为，生物技术公司主要集中在发达国家，发达国家可以通过输出生物技术产品而获得利润。与此同时，发展中国家由于技术、及其产品还远没有被广泛接受。生物技术可能引起生产方式和人类健康的退变。这种情况可能会随着需要特定处理的转基因作物的出现而产生，特别是抗除草剂的转基因作物出现。农民必须从同一公司购买种子和除草剂，否则除草剂起不了作用。同样的问题也可能在需人造肥料的转基因作物上出现，这些转基因作物会取代传统的依靠有机肥的作物。后者在发展中国家是很普遍的，并且更有利于环境保护。生物技术在食品上的应用对发展中国家的农民也会造成许多困难。生物技术也会对人类的健康制造麻烦。近年来在英国已有这方面的报道。特别是当能引发人体过敏反应的基因转入农作物时，例如，坚果能引发人体过敏反应，若它的基因被导入其他作物，则有可能其他作物也会引起人体过敏。为了预防起见，转基因作物产品必须经免疫测定筛选后才能利用。
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农业信息化程度高目前，澳大利亚已将3S（地理信息系统GIS、遥感系统RS、全球定位系统GPS）和3M（制图系统Mapping、监控系统Monitoring、管理系统Manage-ment)信息管理技术全面应用于科技农业。例如，安装卫星定位系统，通过卫星导航无人自动驾驶，实现精确定位，进行精准农作，既提高了农业耕作效率，又使油耗降低15%以上；利用航拍技术获取土地基础数据，并根据数据分析进行施肥，节约肥料的同时也减少了对环境的污染；利用直升机向农作物喷洒农药，既有利于均匀播散，又提高了生产效率；应用自动控制技术，对水资源和农作物灌溉进行自动监控，利用计算机对农业生产全过程进行管理；采用电子标签技术，通过在牛耳上安装电子标签，对牛的产地、养殖、加工、销售等信息进行管理，便于对牛肉生产过程跟踪和对疫情的控制；采用卫星遥感遥测技术，提供包括农业资源和生态环境信息，对气象灾害、生物灾害提供相关信息与预测。
生物技术高速发展澳大利亚在分子遗传学和病毒控制的生物技术研究等领域取得重要突破，成功掌握了从牛和奶羊的皮肤上提取有关抗病基因控制技术。在多抗农作物新品种选育研究领域，以牧草的转基因改良为重点，在苜蓿、三叶草、双低油菜的产量性状基因、抗病基因、抗寒基因、抗旱基因等方面取得积极进展，已经成功地用于牧草的品种遗传改良。利用基因工程技术、分子遗传标记手段，在牧草的基因图谱绘制、高产、抗病虫、抗干旱、适口性与营养品质、生长与花期控制、种子生产以及周年生产性等领域也取得一批世界前沿的研究成果。在良种引繁、品种选育、疫病防治、检疫监测等方面，农场主与科研院所联合攻关，培育出一批优良的牛、羊新品种，政府根据成效给予不同的补贴。
重视农业信息化工程建设，以信息化手段为农业规模化、现代化提供支撑澳大利亚十分重视对科技农业的投入，尤其是在高效设施农业、特色果蔬种植和大田农业的信息化建设等方面投入逐年加大。借鉴澳大利亚的先进理念和实用技术，我国应通过农业信息化彻底改变传统的农业技术推广方式，进而转变农业生产经营管理理念，实现信息化带动和推进科技农业现代化。要根据设施大棚果蔬种植的要求，引进、集成利用多种农用传感器、智能数据采集终端，并与现场通风、湿帘、遮阳板联动，实现大棚空气、水质、土壤等环境因子的自动调控、远程监测与管理决策；针对水稻、玉米、小麦等特色大宗作物生产，搭建大田墒情、肥情、病虫情、灾情、苗情“五情”监测预警与决策调度系统，面向作物种植大户和农业企业提供农田视频，气象、水质、土壤肥力、污染物等环境因子的远程监控，病虫情远程诊断，灾情预警与抗灾调度指挥等服务，提高粮食生产、农技服务与调度管理水平，增强防灾避灾、抵御自然灾害的能力。
加快农业机械化推广，提高农业生产效率农业机械化的推广应用极大地提高了农业生产效率,是农业生产的一场革命。我国应充分发挥农业机械集成技术，节本增效，提高农业机械化水平。首先，要加强技术创新，结合农业结构调整，加快农机新技术、机具的研究与开发，力争在粮食作物、经济作物和牧业等机械化生产关键环节、关键技术以及农产品分级、加工转化等方面取得新的突破，探索农业全程机械化生产模式，提高农机化技术水平；其次，要加强机制创新，进一步深化农业机械化科技体制改革，充分发挥农机科研院校、大型科技农机企业的作用，优化农机科技资源配置；第三，要加强农机化新技术的推广应用，重点推广水稻机械化生产、玉米收获及育苗移栽机械化、机械化旱作节水农业、秸秆机械化还田、粮食烘干、农产品加工等机械化技术；第四，要建立农机作业监控网络，结合3G通讯、GPS定位、GIS等技术，搭建农业作业机械远程监测调度系统，将农机作业轨迹和状态信息实时传送至监控中心，辅助主管部门进行管理和调度，最大限度地发挥机械化作用。
开发、引进先进节水技术，合理利用水资源，加强农用水资源生态保护我国水资源十分紧缺，因此要积极探索借鉴澳大利亚的先进节水技术。在灌溉区，可针对不同地区、不同作物，确定作物需水定额，实行计量灌溉。在旱区，要加强耐旱品种的选育和引进，改革耕作制度，并配套深松蓄水、以肥调水、水肥药一体化等农艺措施，加大集成节水农业技术的推广应用力度。学习借鉴澳大利亚的APEC-VC冬储地下水技术、测水灌溉技术，合理利用水资源，达到既节约生产成本，又保护生态环境的效果，推动农业循环经济发展。
科学规划土地，发展生态农业，实现农业可持续发展我国应借鉴澳大利亚的生态农业发展方式，科学规划利用土地，控制不同类型土地占有比率，重点落实农耕用地可持续发展；利用先进信息化管理手段，实现农业生产的精耕细作，严格限制农药、化肥施用量；结合GPS定位与传感器技术，实现农业资源调查、土壤养分监测、农业环境变化与污染物监测。发展生态科技农业是我国农业发展的方向，必须依靠科技作为实现农业跨越式发展的加速器，推动农业从资源依赖型向创新驱动型转变。要积极探索农业资源保护和合理利用的有效途径，依托科技进步，大力发展节地、节水、节能、节时的资源节约型农业；积极发展农业循环经济，推动秸秆还田，推广新型化肥农药，提倡应用有机肥，引导农民合理使用化肥农药，推动农业节能减排，推进农业清洁生产；加强农村沼气工程建设，加快农业面源污染治理和农村污水、垃圾处理，改善农村人居环境；实现农业生产、经济发展和生态环境治理的有机结合，促进现代农业的可持续发展。
加快畜牧业转型升级，推动现代畜牧业快速发展较高的畜牧业科技水平是澳大利亚保持世界领先地位的要诀之一。我国要进一步提高畜牧业科技水平，在畜禽品种改良、先进饲养技术推广、动物疫病防治等方面狠下功夫，在改善饲料种植环境特别是在畜禽品种改良方面，加大政策扶持力度；要利用信息化实现规模化精细养殖，通过部署养殖环境远程视频监控、疫情监控、疾病远程诊断等信息化设施，实现养殖、疫药与饲料施用、地点转换、出栏等养殖全过程信息化管理；要创造条件加强兽医、畜牧人员的技术培训，促进人员的技术更新；要科学调整畜禽、种植业结构，变传统的粮-经二元结构为粮-经-草三元结构。
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1.1应用于家禽的DNA疫苗Ulme等用猪流感病毒的核心抗原NP基因制成DNA疫苗并在小鼠中取得了较好的保护效果[1]。陈化兰[2]研究表明，H7亚型血凝素基因DNA疫苗能在极小的使用剂量下成功诱导鸡免疫保护反应，并有效阻断同源低致病力禽流感病毒在机体内的感染。1.2应用于猪的DNA疫苗Gerdts[3]研究表明，用含有gD基因的质粒DNA构建疫苗，接种猪能诱导抗体的产生并在免疫后9个月还能检测到抗体。对PrV糖蛋白基因的DNA疫苗与常规灭活疫苗进行比较发现，DNA疫苗比灭活疫苗效果好。Macklin[4]研究发现，用HIV1株的血凝素HA和核衣壳蛋白NP质粒做成的DNA疫苗，能诱导猪皮肤黏膜免疫应答，产生保护力。1.3应用于牛的DNA疫苗在大家畜牛中，首次用疱疹病毒BHV-1的gD基因构建的质粒DNA进行免疫，能诱导免疫应答。有研究发现，用gD质粒DNA疫苗，免疫新生牛犊的效果较好，表明在有母源抗体存在的情况下，DNA疫苗仍然可以发挥作用。1.4应用于犬的DNA疫苗殷俊和代长海分别用含有犬细小病毒VP1基因和狂犬病病毒糖蛋白Gg基因的质粒DNA构建疫苗，肌肉免疫接种犬后，产生强烈的体液免疫应答，犬细小病毒疫苗对同源CPV的攻击能获得完全保护，狂犬病病毒疫苗也能获得对狂犬病毒攻击的保护[5]。袁慧君等[6]克隆了狂犬病病毒SRV白的cDNA，并构建了含有糖白的DNA疫苗；小鼠免疫试验结果表明，免疫3次后，抗体水平和细胞免疫水平显著提高，对强毒攻击有一定的保护作用。1.5应用于羊的DNA疫苗将编码的羊绦虫45W抗原基因的质粒DNA辅以佐剂，免疫注射后能产生很强的免疫应答，并产生一定的保护作用。
2生物技术在动物病菌检测中的应用
2.1基因检测动物体内的病菌基因检测技术是利用基因标记的方法，通过基因芯片对被测者细胞中的DNA分子进行比对，分析被检测者是否含标记基因的一种技术。它可以在活体动物的分泌液中检测病毒的存在。如果禽类死亡后，仅仅从表型性状难以判断其是否患有禽流感，而基因检测就是一个重要的判断手段。采集活禽的咽喉分泌液或粪便、死禽的肌肉或组织脏器作为样本，采用RT-PCR基因检测技术判断样本中是否存在禽流感病毒，为病情的判断提供可靠的证据[7]。2.2生物传感器用于细菌性疫病的检测近年来，生物传感器的研究和它在工程技术领域的应用倍受关注，它主要是将生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能装置有机结合，利用生物活性物质的高度选择性，来检测生化物质和细菌性疫病。Bourette等将抗E.coli抗体固定在有孔氨丙基玻璃珠上，构造了流动注射免疫传感器，对E.coli进行检测，时间短且灵敏度高[8]。美国Rochester大学医学中心的研究人员从细菌中提取了一种蛋白质作为感觉系统制成硅片探针，如果靶细菌存在就会与探针样本结合，通过相机拍摄探针，便能俘获靶细菌的相关信息，从而进行分析[9]。Kim等建立了沙门氏菌压电免疫生物传感器，通过抗体包被的顺磁小球的磁力加强作用可以检测到鼠伤寒沙门氏菌，而且整个检测过程能在1h内完成[9]。
3生物技术在动物疾病诊断中的应用
3.1对细菌病的诊断猪链球菌是一种重要的共患病的病原菌，对养猪业和人都有严重危害。用传统的病原体分离技术结合血清学试验，能够对猪链球菌进行诊断和血清分型，但该方法工作量大，费时费力且敏感性不高，易产生非特异性结果。拜廷阳等[10]建立了SS9水解探针（TaqMan）模式的荧光实时定量PCR检测方法，与常规PCR方法相比，诊断更加迅速，整个反应可在1～2h内完成，且不需要电泳，其检测灵敏度是常规PCR方法的100倍，并能实现对样品的实时定量检测。3.2对病毒病的诊断动脉炎病毒是引起母猪繁殖障碍和仔猪呼吸症状的一种重要病毒，其突变株可引起高致病性猪蓝耳病，给养猪业造成了巨大的经济损失。刘圆圆等[11]根据该类病毒在Nsp2基因1594～1680处缺失87个碱基的特点，设计了一对特异性引物，利用TaqMan探针，成功建立荧光定量PCR检测方法。该方法不仅特异性强、灵敏度高、能很好地区分高致病性猪繁殖与呼吸系统综合症病毒和其他病毒，而且没有发现假阳性和假阴性现象。
4生物技术在动物疾病治疗中的应用
基因治疗技术可将正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入靶细胞，以纠正基因缺陷或者发挥治疗作用[12]。1990年，第1例基因治疗的成功使得利用基因工程治疗疾病成为现实。目前，基因治疗越来越多地受到科学界的关注。4.1基因治疗药物研制重组腺病毒-p53抗癌注射液是我国和世界上第一个基因治疗药物。它的研制成功开创了基因治疗药物研究的先河，这种广谱的肿瘤基因治疗类新药能够杀灭癌细胞，可与放疗、化疗、热疗协同作用，具有抑制肿瘤血管形成、激活患者免疫功能的作用[13]。4.2动物疾病治疗基因治疗在动物疾病治疗中应用于多个方面。临床上主要用于治疗血液方面的疾病，其基本策略是把一些与血管生成有关的因子如血管生成素-1（Ang1）和人肝细胞生长因子（HGF）等通过合适的传递系统转移到靶细胞，使其在靶细胞内有效表达，从而达到治疗因相关因子缺乏而引起的疾病的目的。此外，还可以治疗某些炎症和内科疾病[14]。目前，基因治疗的有效性已在体外及动物实验中得到证实，部分临床试验亦取得了令人鼓舞的结果。基因治疗作为一种新的治疗手段，已从理论走向实践，但还有许多问题有待解决。
5生物技术在动物遗传育种中的应用
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关键词：牛；抗病基因 研究进展
中图分类号：S823 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2013）-04-0282-2
0 前言
动物可能对一些传染性疾病存在完全或部分的抗性，即抗病性。抗病性大多是由遗传因素来决定和控制的，动物自身的遗传性状决定着疾病的发病率。[1]抗病基因是动物抗病性的遗传基础，它是在外来因素的刺激下能够抵抗疾病入侵、能使动物体内产生抗体，即动物对疾病产生抗性的基因。抗病基因按照效应大小分为三类：第一是单一主基因，这种基因的功能主要是控制抗性状的表达；第二是微效多基因，这种基因控制的抗病能力是由多个基因共同完成的；第三是独立的多基因，一般抗病能力多受到独立的多基因控制，而特殊抗病能力主要受到单个主基因位点的控制。[2]
虽然预防接种在动物疾病控制方面起到了重要的防治作用，但仍未能完全遏制传染病的流行。当前可以利用分子生物学技术，进而找寻抗病基因进行抗病育种，从根本上改变动物的遗传性状，已成为控制和减少一些疾病发生的有效途径。而利用分子遗传学方法，采用基因图谱和数量性状位点扫描技术寻找与抗病力相关的基因，进行间接选择也日渐成为了新的方法。[3]目前，已经发现的在牛体内与免疫相关的抗病候选基因数量逐渐增多，主要有主要组织相容性复合物（MHC），天然抗性巨噬结合蛋白1（NRAMP1），甘露糖结合凝集素（MBL），Toll样受体基因（TLR），干扰素（IFN）等，这些抗病候选基因有望成为动物抗病育种的新靶点。
1 主要的抗病候选基因
1.1 天然抗性巨噬结合蛋白1（NRAMP1）
NRAMP1基因是一个比较保守的基因，主要存在于吞噬细胞，嗜中性粒细胞以及外周血液细胞中，为特异性表达，会影响动物自身的固有免疫，所以是综合抗病能力较好的候选基因。NRAMP1基因最初在小鼠体内发现，是在网状内皮细胞中的巨噬细胞表达。NRAMP1基因的存在可以抵抗多种细胞内病原微生物的入侵，发挥着重要的免疫功能。[4]通过把小鼠的基因敲除发现，NRAMP1基因与一些细胞内菌，病原微生物菌，例如分枝杆菌中的结核分枝杆菌、沙门杆菌、利什曼菌等的抗性和易感性有关。牛的NRAMP1基因位于第2号染色体上，研究表明其对牛布鲁氏病、乳腺炎等疾病有抵抗作用。对NRAMP1基因功能的研究表明可能是通过消耗含有胞内病原微生物吞噬体中的二价金属离子，使病原微生物缺乏繁殖必需的金属离子而达到抵抗胞内病原微生物的作用[5]，但具体的作用机制目前尚不清楚。Ciro Estrada-Chavez，Ana L. Pereira-Suarez[6]等人发现在人体中，NRAMP1基因已被确定与结核易感性有关。
1.2 主要组织相容性复合物（MHC）
MHC是由连接紧密的多态性基因组成的，是一个与抗病性和免疫应答有着紧密相关性的基因家族，在免疫反应中对细菌、病毒、寄生虫等的控制和清除起着重要的作用。目前已经证实MHC与多种疾病间存在着密切的联系，牛的MHC物位于第23号染色体上，1978年牛的MHC基因得到了首次报道，命名为BoLA基因。有关BoLA基因和疾病的报道很多，Gilliespie，Sharif等人研究出BoLA-DRB3第2外显子与奶牛炎的高发病率有显著相关性。Wei Lei，Qinglong Liang等人研究了牛BoLA-DRB3基因和皖北FMDV与牛口蹄疫易感性之间的关联，采用BOLA-DRB3基因扩增的半巢式聚合酶链反应，分析基因频率和基因型频率在健康和感染口蹄疫牛之间的差异，发现等位基因Hae III A在皖北牛中与口蹄疫易感性显著相关，而Hae III C则对口蹄疫病毒具有很强的保护作用。[8]牛的BoLA基因与肠道寄生虫病、高酮症的易感性相关，牛的白血病与BoLA-AW16相关，牛的慢性后脊椎轻瘫与BoLA-A8相关，牛眼癌与W6相关，W14单倍型与牛结核病易感性相关。
1.3 Toll样受体基因（TLR）
TLR基因是一类普遍存在于哺乳动物中已经被鉴定出来的跨膜蛋白家族，主要存在于巨噬细胞、树突状细胞中，Toll样受体的作用是作为膜受体来识别侵袭机体的病原体含有的保守蛋白，还起着传递识别信号，激活核转录因子，转录相应的效应分子以及影响机体天然免疫等作用。[9]自从2006年牛的TLR基因mRNA序列在GenBank上公布，对TLR基因家族和牛疾病之间的相关性研究便迅速增多。Colleen A. Fisher， Eric K. Bhattarai[10]等人运用自定义下一代测序方法以及等位基因分型检测方法对牛的10个TLR基因变体的280双等位基因进行SNP检测和验证。采用验证牛TLR识别细菌配体基因的病例对照研究发现有6个SNP位点可能与结核分枝杆菌的易感性和奶牛感染副结核病的易感性相关。还有研究认为，TLR基因可能与牛呼吸性疾病、肠道性感染疾病、牛炎、口蹄疫病毒感染疾病、败血病及子宫内膜炎等。
1.4 甘露糖结合凝集素（MBL）
MBL基因是人体和动物体内重要的天然抗感染免疫分子，是由肝脏合成后分泌到血液中的，在抗原抗体发生特异性免疫反应前，其可以诱导并激活机体的固有免疫反应。MBL基因与免疫调节、补体活化的介导等生物学效应有着紧密的关联，同时又是临床上介导多种疾病发生的基础结构，MBL基因在防御病原微生物侵袭的天然免疫中起着抗感染分子的作用。[11]研究发现MBL基因的多态性和免疫缺陷性疾病、病毒性疾病、类风湿性关节炎、细菌性疾病、真菌性疾病以及寄生虫性疾病等均有相关性。根据Gen Bank的数据，牛具有MBL1与MBL2两种基因，Andersen等人通过亲和层析法从牛的血清中得到了纯化的MBL基因。Kawai等人采用编码人MBL基因的胶原区、颈区及糖识别区域探针的方法，从牛肝cDNA文库中筛选编码牛MBL基因的cDNA克隆，同时从牛血清中分离得到了MBL基因。Capparelli R[12]等人研究发现MBL基因多态性与水牛抗布鲁杆菌病的能力密切相关，其作用机理为MBL基因突变导致甘露糖结合凝集素血清水平下降，影响了正常的免疫功能。Liu J， Ju Z， Li Q等人选择了MBL基因启动子区域的三个新SNP位点和两个已报道的MBL1基因外显子2的位点进行检测，采用PCR单链构象技术在中国奶牛的三个不同品种中进行性多态性分析，分析其基因型和单倍型频率，血清MBL-A的水平，补体活性等，结果表明MBL1基因与抗奶牛乳腺炎存在相关性。[13]
1.5 干扰素基因（IFN）
由于IFN具有抑制肿瘤细胞生长、抵抗病毒感染及调节机体免疫功能的作用，因此成为病毒学、遗传学、免疫学、以及分子生物学比较活跃的研究领域。IFN-γ在调节机体免疫系统功能、增加巨噬细胞杀菌力、影响细胞的增殖与凋亡等方面具有重要的研究意义，其主要是通过刺激或抑制相应的基因发挥作用。[14]孙仰峰等人2008年对牛IFN-α基因高效表达及纯化进行了研究。[15]张永红等人研究鲁西黄牛BoIFN-α基因，并获得了具有较高抗病毒活性的重组干扰素产物。[16]蔡进忠从我国环湖型牦牛和野牦牛基因组DNA中克隆了α干扰素基因，重组后的BoIFN-α基因对牛传染性鼻气管炎病毒具有一定的抑制作用。[17]Sweeney RW， Jones DE等人选取5只未受感染的成年荷斯坦奶牛，7只自然感染结核分枝杆菌的成年荷斯坦奶牛，屠宰时从每只牛体内取回肠和盲肠的淋巴结样品，运用逆转录-聚合酶链反应法测定IFN-γ和白细胞介素4在每个样品mRNA表达量。结果感染结核的牛IFN-γ基因的表达量显著高于未感染牛，因此，IFN -γ的表达量增加，可能会增强牛的抗感染性。[18]
2 抗病基因应用于动物抗病育种时可能存在的问题与前景展望
2.1 存在的问题
动物抗病能力的遗传机制很复杂，还有环境的影响也很大。病原微生物的遗传特性与宿主动物的关系也很复杂，同时对抗病性和易感性指标的测定也没有统一的规定，而且还缺乏用于选择的可靠性标记。研究表明抗病性性状是由微效多种基因所控制的，但基因之间还会存在相互的作用，单纯的使用某种标记辅助选择达不到全面性效果，基因工程育种虽然有很强的针对性，但成功率却极低，而且需要的花费也相当巨大，很难实现大规模的操作。[19]因此，单独应用某一种抗病育种技术都会呈现出很多方面的局限性，还有抗病性与生产性状之间存在着负相关作用，不同的疾病间也会存在拮抗作用，目前除了一些已知的疾病外，大多数疾病在抗性选择方面可以参考的数据还很少，抗病机理也不是很明确和清楚，这些问题也同样在制约和阻碍着抗病育种的发展和应用。
2.2 前景展望
抗病育种并不是育种的最终目的，还需要与动物的生产性能、疾病的生理学特征、流行病学、免疫机制等多方面的综合因素相结合考虑，才能产生最适合经济需要的效果。在目前畜牧业抗病育种的方法中，应当充分将常规的表型选择和标记型的辅助选择有效的结合起来，让两者的优势得到互补，有效的提高家畜机体的一般抗病能力和特殊抗病能力。[20]对此，应该将分子学技术与抗病基因结合，开展动物基因组的基础研究工作，采用现代生物学技术和转基因工程技术系统地对基因的结构和功能进行全面性的研究。随着抗病基因作用机制研究不断的深入，抗病育种进展缓慢的局面将会得到逐渐的改善，综合性抗病育种研究将对我国畜牧业发展产生巨大的推动力。
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