生物谷報(bào)道: 在著名雜志《自然》上, 瑞典農(nóng)學(xué)院,、奧勒岡州大學(xué)及兩所研究院的科學(xué)家們近日發(fā)表的研究成果發(fā)現(xiàn)了控制秋天樹木停止生長(zhǎng)并進(jìn)入休眠狀態(tài)的基因和樹木開花及種子形成過(guò)程中的分子機(jī)理,。在樹木生長(zhǎng)的基本遺傳學(xué)研究領(lǐng)域邁出了重要一步。
??通過(guò)對(duì)調(diào)控植物開花結(jié)果等生理過(guò)程基因的研究,，有可能運(yùn)用基因工程的方法將那些種子形成前生長(zhǎng)緩慢的樹木改造成易開花、繁殖快的樹種。種子形成前樹木生長(zhǎng)緩慢一直是育種類型的主要障礙,。該研究為集約林業(yè)和果樹種植業(yè)發(fā)展帶來(lái)新機(jī)遇。此前,，研究人員并不知道哪些基因參與起始樹木開花或秋天停止生長(zhǎng)過(guò)程,。理論上，這一研究會(huì)積極推動(dòng)樹木育種技術(shù)的發(fā)展,。對(duì)于種子形成前生長(zhǎng)期長(zhǎng)的樹木而言,，多數(shù)用于短壽植物例如玉米、小麥等的育種技術(shù)顯得過(guò)于緩慢而不實(shí)用,。
??接下來(lái)是公眾對(duì)樹種基因工程技術(shù)的本質(zhì)和安全性理解問(wèn)題,。私營(yíng)企業(yè)和政府機(jī)構(gòu)的相關(guān)管理致使該領(lǐng)域研究興趣受限。這些基因可促進(jìn)傳統(tǒng)育種技術(shù)的發(fā)展,，基因在形成商業(yè)植株前會(huì)被去除,。然而，對(duì)基因工程技術(shù)的管理和擔(dān)憂可能會(huì)阻礙這一技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,?？茖W(xué)家們對(duì)從一年生植物Arabidopsis 中首次分離得到的CO和FT基因展開了研究。這些基因負(fù)責(zé)調(diào)控該植物晝長(zhǎng)開花過(guò)程,。
??研究發(fā)現(xiàn),，兩基因在數(shù)百萬(wàn)年的單獨(dú)進(jìn)化中非常保守，甚至在白楊樹種中表現(xiàn)出類似功能,。然而,，另人驚奇的是,，CO/FT基因組合可調(diào)控滋養(yǎng)型樹種秋天停止生長(zhǎng)。這些過(guò)程反應(yīng)了樹種生長(zhǎng)和存活之間的關(guān)鍵性平衡,。溫帶樹種冬季必須停止生長(zhǎng)并進(jìn)入休眠狀態(tài),，否則會(huì)被凍死。從進(jìn)化角度看,，不難理解為什么森林樹種不會(huì)過(guò)早地開花結(jié)果,；當(dāng)樹木幼小時(shí)，必須集中營(yíng)養(yǎng)長(zhǎng)高,，來(lái)與其它樹木競(jìng)爭(zhēng)陽(yáng)光,；只有進(jìn)入生命后期，它們才會(huì)集中營(yíng)養(yǎng)形成種子,。研究者稱,，同樣的道理，任何早花基因釋放到野生種群都不會(huì)產(chǎn)生生態(tài)學(xué)問(wèn)題,，因?yàn)楫?dāng)與野生型森林樹種一起生長(zhǎng)時(shí),，攜帶這些早花基因的樹木表現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，從而不會(huì)導(dǎo)致早花基因的大范圍擴(kuò)散,，CO/FT基因組合還有利于樹種適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件,。對(duì)不同種群的白楊樹研究發(fā)現(xiàn)，適應(yīng)寒冷的北方氣候的樹種在夏天會(huì)提前停止生長(zhǎng),，準(zhǔn)備過(guò)冬,。這種基因調(diào)節(jié)機(jī)制非常強(qiáng)，生殖將這種樹木置于溫暖區(qū)域也不能改變其原有的行為習(xí)性,。在應(yīng)用研究方面,，研究人員目前可以誘導(dǎo)FT基因過(guò)早活化，致使樹種更早地形成種子進(jìn)行繁殖,，這比運(yùn)用傳統(tǒng)遺傳操作手段好得多,。可能會(huì)通過(guò)正常的有性繁殖快速培育出一些優(yōu)勢(shì)性狀株,，以去除植株中FT基因,，同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致植株過(guò)早的異常繁殖。較溫和的FT基因可以產(chǎn)生持續(xù)有益的效應(yīng),，比如會(huì)產(chǎn)生早花或多花果樹品種,。特別當(dāng)傳統(tǒng)方法不見成效時(shí),，該基因能夠?yàn)殚_花和果實(shí)產(chǎn)量的優(yōu)化提供新的選擇方案,。
??對(duì)這些樹種開花結(jié)果等生理過(guò)程的進(jìn)一步理解有益于解答樹種是怎樣應(yīng)對(duì)和適應(yīng)環(huán)境變化這一問(wèn)題；同時(shí)基于DNA檢測(cè)技術(shù)有助于鑒定瀕危樹種種群,，這類種群可能會(huì)從快速育種或移植技術(shù)中獲益,。這也給生態(tài)學(xué)家和環(huán)境保護(hù)遺傳學(xué)家提供了更多的有力工具,。
拓展閱讀:
植物基因工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用
DNA重組及基因工程技術(shù)對(duì)醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)
科學(xué)家用家蠶研制基因工程藥物解決世界難題
植物抗病基因工程的研究進(jìn)展及前景展望
植物基因工程－BIOON生物頻道
DNA重組與基因工程 思考題－健康頻道
農(nóng)業(yè)微生物基因工程研究與展望－BIOON生物頻道
蛋白質(zhì)工程及植物基因工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究成果...
基因工程技術(shù)在食品中的應(yīng)用－BIOON生物頻道
DNA重組與基因工程 小結(jié)
基因工程
基因工程技術(shù)
目前世界許多國(guó)家將生物技術(shù)，信息技術(shù)和新材料技術(shù)作為三大重中之重技術(shù),，而生物技術(shù)可以分為傳統(tǒng)生物技術(shù),，工業(yè)生物發(fā)酵技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)。現(xiàn)在人們常說(shuō)的生物技術(shù)實(shí)際上就是現(xiàn)代生物技術(shù)?，F(xiàn)代生物技術(shù)包括基因工程,、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程,、酶工程和發(fā)酵工程等五大工程技術(shù),。其中基因工程技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心技術(shù)。
既然基因工程技術(shù)是如此之重要,，那么什么是基因工程呢,？基因工程（genetic engineering）是指在基因水平上，采用與工程設(shè)計(jì)十分類似的方法,，按照人類的需要進(jìn)行設(shè)計(jì),，然后按設(shè)計(jì)方案創(chuàng)建出具有某種新的性狀的生物新品系，并能使之穩(wěn)定地遺傳給后代,。根據(jù)這個(gè)定義,，基因工程明顯地既具有理學(xué)的特點(diǎn)，同時(shí)也具有工程學(xué)的特點(diǎn),。“基因”這個(gè)名稱已在多處提到,，那么基因又是什么呢？根據(jù)國(guó)內(nèi)外的教科書和權(quán)威辭典上的解釋加以綜合,，“基因”（gene）應(yīng)定義為：基因是一段可以編碼具有某種生物學(xué)功能物質(zhì)的核苷酸序列,。
基因工程的核心技術(shù)是DNA的重組技術(shù)，也就是基因克隆技術(shù),。重組,，顧名思義，就是重新組合,，即利用供體生物的遺傳物質(zhì),，或人工合成的基因，經(jīng)過(guò)體外或離體的限制酶切割后與適當(dāng)?shù)妮d體連接起來(lái)形成重組DNA分子,，然后在將重組DNA分子導(dǎo)入到受體細(xì)胞或受體生物構(gòu)建轉(zhuǎn)基因生物,，該種生物就可以按人類事先設(shè)計(jì)好的藍(lán)圖表現(xiàn)出另外一種生物的某種性狀。比如前面已提到的用動(dòng)物來(lái)生產(chǎn)人的乳鐵蛋白,，抗凝血酶和白蛋白,。除DNA重組技術(shù)外，基因工程還應(yīng)包括基因的表達(dá)技術(shù),，基因的突變技術(shù),，基因的導(dǎo)入技術(shù)等,。有關(guān)這些方面的技術(shù)將在以后相應(yīng)的章節(jié)中予以介紹。
由于基因工程是在分子水平上進(jìn)行操作,，最終是為了創(chuàng)造出人們所需要的新品種,，因而它可以突破物種間的遺傳障礙，大跨度的超越物種間的不親和性,。比如在基因工程中最常使用的大腸桿菌,，它是一種原核生物，但它卻能大量表達(dá)來(lái)自于人類的某些基因,。例如各種人的多肽生長(zhǎng)因子基因就可用大腸桿菌來(lái)生產(chǎn),。如果用常規(guī)的育種技術(shù)來(lái)做同一項(xiàng)工作，那么成功的機(jī)會(huì)應(yīng)為零,。因此,，科學(xué)家們可以利用基因工程實(shí)現(xiàn)人類的各種物種改良的愿望。
因?yàn)楝F(xiàn)在生活在地球上的各種生物都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的生物進(jìn)化演變而來(lái),，雖然不能說(shuō)它們都很能適應(yīng)現(xiàn)在的生態(tài)環(huán)境,，但至少可以說(shuō)它們基本上都能適應(yīng)當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境。這也就是說(shuō),，每種生物體內(nèi)或細(xì)胞內(nèi)都處于精巧的調(diào)節(jié)控制和平衡之中,。當(dāng)用基因工程方法引入一段外源基因片段后，原有的平衡可能被打破,，有可能導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的生物學(xué)功能發(fā)生紊亂,，最后有可能導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢乃至細(xì)胞死亡。很顯然,，開展基因工程研究的目的既要使細(xì)胞象往常一樣正常生長(zhǎng),，又要使細(xì)胞產(chǎn)生甚至大量產(chǎn)生人類所需要的外源基因表達(dá)產(chǎn)物。
基因工程如此之重要,，那么基因工程可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域或行業(yè),？
科技或科學(xué)技術(shù)實(shí)際上是科學(xué)和技術(shù)兩個(gè)名稱構(gòu)成的，它們是兩個(gè)既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念,?？茖W(xué)主要是指發(fā)現(xiàn)自然界的規(guī)律，創(chuàng)建各種與自然界規(guī)律相適應(yīng)的理論,；而技術(shù)則是指在探索自然規(guī)律時(shí)所使用的一些方法,。一些新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)或新理論的建立，會(huì)導(dǎo)致一場(chǎng)技術(shù)革命,，新技術(shù)新方法的建立又會(huì)推動(dòng)新的自然規(guī)律的發(fā)現(xiàn),，因此，兩者是相互促進(jìn)的。
從70年代起逐步建立起來(lái)的基因工程技術(shù),，使基因或一些具有特殊功能的DNA片段的分離變得十分容易。這些基因或特殊DNA片段的一級(jí)結(jié)構(gòu)（即它們的核苷酸序列）的測(cè)定也是十分容易的,，由基因的核苷酸序列去推測(cè)蛋白質(zhì)的氨基酸殘基的序列也變得輕易而舉,。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以很容易的對(duì)推測(cè)出來(lái)的蛋白質(zhì)進(jìn)行高級(jí)結(jié)構(gòu)的分析，可以對(duì)來(lái)自不同生物種類的基因序列進(jìn)行同源性分析,。所有這些方法或技術(shù)的廣泛使用,，不僅大大地推動(dòng)了分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展，而且也大大推動(dòng)了生命科學(xué)各個(gè)分支領(lǐng)域的迅速發(fā)展,。因此,，基因工程技術(shù)的第一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域就是大大的推動(dòng)了科學(xué)理論研究的發(fā)展。
由于基因工程是從遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)上對(duì)原有的生物（常常稱之為受體生物）進(jìn)行改造,，經(jīng)過(guò)改造的生物就會(huì)按照研究者的意愿獲得某種（些）新的基因,，從而使該生物獲得某些新的遺傳性狀。這種性狀可以用人的肉眼直接觀察到,，也可能是通過(guò)某些反應(yīng)或儀器間接觀察到,。這種受體生物可能是微生物，植物或動(dòng)物,，因而它會(huì)涉及到許多生產(chǎn)行業(yè),。
基因工程技術(shù)幾乎涉及到人類的生存所必需的各個(gè)行業(yè)。比如將一個(gè)具有殺蟲效果的基因轉(zhuǎn)移到棉花,、水稻等農(nóng)作物種中,，這些轉(zhuǎn)基因作物就有了抗蟲能力，因此基因工程被應(yīng)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,；要是把抗蟲基因轉(zhuǎn)移到楊樹,、松樹等樹木中，基因工程就被應(yīng)用到林業(yè)領(lǐng)域,；要是把生物激素基因轉(zhuǎn)移到支物中去,，這就與漁業(yè)和畜牧業(yè)有關(guān)了；如果利用微生物或動(dòng)物細(xì)胞來(lái)生產(chǎn)多肽藥物,，那么基因工程就可以應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,。總之一句話,，基因工程應(yīng)用范圍將是十分廣泛的,。
