生物谷報道: 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并進(jìn)入休眠狀態(tài)的基因和樹木開花及種子形成過程中的分子機(jī)理,。在樹木生長的基本遺傳學(xué)研究領(lǐng)域邁出了重要一步。
??通過對調(diào)控植物開花結(jié)果等生理過程基因的研究,，有可能運用基因工程的方法將那些種子形成前生長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過程,。理論上,，這一研究會積極推動樹木育種技術(shù)的發(fā)展。對于種子形成前生長期長的樹木而言,，多數(shù)用于短壽植物例如玉米,、小麥等的育種技術(shù)顯得過于緩慢而不實用。
??接下來是公眾對樹種基因工程技術(shù)的本質(zhì)和安全性理解問題,。私營企業(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)植株前會被去除,。然而,，對基因工程技術(shù)的管理和擔(dān)憂可能會阻礙這一技術(shù)的實際應(yīng)用,。科學(xué)家們對從一年生植物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)控該植物晝長開花過程,。
??研究發(fā)現(xiàn)，兩基因在數(shù)百萬年的單獨進(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,。這些過程反應(yīng)了樹種生長和存活之間的關(guān)鍵性平衡。溫帶樹種冬季必須停止生長并進(jìn)入休眠狀態(tài),，否則會被凍死,。從進(jìn)化角度看，不難理解為什么森林樹種不會過早地開花結(jié)果,；當(dāng)樹木幼小時,，必須集中營養(yǎng)長高，來與其它樹木競爭陽光,；只有進(jìn)入生命后期,，它們才會集中營養(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產(chǎn)生生態(tài)學(xué)問題，因為當(dāng)與野生型森林樹種一起生長時,，攜帶這些早花基因的樹木表現(xiàn)出競爭劣勢,，從而不會導(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提前停止生長，準(zhǔn)備過冬,。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基因過早活化,，致使樹種更早地形成種子進(jìn)行繁殖，這比運用傳統(tǒng)遺傳操作手段好得多,?？赡軙ㄟ^正常的有性繁殖快速培育出一些優(yōu)勢性狀株，以去除植株中FT基因,，同時不會導(dǎo)致植株過早的異常繁殖,。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,，該基因能夠為開花和果實產(chǎn)量的優(yōu)化提供新的選擇方案,。
??對這些樹種開花結(jié)果等生理過程的進(jìn)一步理解有益于解答樹種是怎樣應(yīng)對和適應(yīng)環(huán)境變化這一問題；同時基于DNA檢測技術(shù)有助于鑒定瀕危樹種種群,，這類種群可能會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,。
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基因工程
基因工程技術(shù)
目前世界許多國家將生物技術(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)?，F(xiàn)在人們常說的生物技術(shù)實際上就是現(xiàn)代生物技術(shù)。現(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)計十分類似的方法，按照人類的需要進(jìn)行設(shè)計,，然后按設(shè)計方案創(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)這個定義,，基因工程明顯地既具有理學(xué)的特點,，同時也具有工程學(xué)的特點。“基因”這個名稱已在多處提到,，那么基因又是什么呢,？根據(jù)國內(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)過體外或離體的限制酶切割后與適當(dāng)?shù)妮d體連接起來形成重組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物來生產(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)來自于人類的某些基因。例如各種人的多肽生長因子基因就可用大腸桿菌來生產(chǎn),。如果用常規(guī)的育種技術(shù)來做同一項工作,，那么成功的機(jī)會應(yīng)為零。因此,，科學(xué)家們可以利用基因工程實現(xiàn)人類的各種物種改良的愿望,。
因為現(xiàn)在生活在地球上的各種生物都是經(jīng)過長期的生物進(jìn)化演變而來，雖然不能說它們都很能適應(yīng)現(xiàn)在的生態(tài)環(huán)境,，但至少可以說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，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,，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)實際上是科學(xué)和技術(shù)兩個名稱構(gòu)成的,，它們是兩個既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念。科學(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,，會導(dǎo)致一場技術(shù)革命,，新技術(shù)新方法的建立又會推動新的自然規(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片段的一級結(jié)構(gòu)（即它們的核苷酸序列）的測定也是十分容易的,，由基因的核苷酸序列去推測蛋白質(zhì)的氨基酸殘基的序列也變得輕易而舉。利用計算機(jī)技術(shù)可以很容易的對推測出來的蛋白質(zhì)進(jìn)行高級結(jié)構(gòu)的分析,，可以對來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,，不僅大大地推動了分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展,，而且也大大推動了生命科學(xué)各個分支領(lǐng)域的迅速發(fā)展。因此,，基因工程技術(shù)的第一個重要應(yīng)用領(lǐng)域就是大大的推動了科學(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)上對原有的生物（常常稱之為受體生物）進(jìn)行改造，經(jīng)過改造的生物就會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,，植物或動物，因而它會涉及到許多生產(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行業(yè),。比如將一個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物細(xì)胞來生產(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?？傊痪湓?，基因工程應(yīng)用范圍將是十分廣泛的。
