基因的影响（通用12篇）
基因的影响 篇1
我们的祖先进食、烹饪、探险, 以及互动的方式对我们的基因传承造成了重大的影响。那么现代文化又将如何影响我们留给后代的基因遗产呢?
本来你应该不能喝牛奶。你的祖先就不能。成人饮用牛奶而不会造成不适是最近9000年里才发生的事情。儿童能够正常消化牛奶, 但是仅仅在我们有了乳畜业之后, 成人才获得了同样的能力。
研究证实, 曾经发展乳畜业以及饮用牛奶的文明, 人们具备乳糖耐受及其对应基因的比例要远高于没有上述历史的文明。
饮用牛奶是传统和文化实践能够影响我们演化之路的例证之一。文化和遗传原本被认为是两个各自独立的过程, 但是研究者们越发意识到二者是紧密相关的, 互相影响着对方的自然演进。科学家们称之为“基因—文化协同演化”。这有何重要性?如果能够确定文化影响我们的基因构成的方式——以及发生在其他生物身上的相同过程, 我们就能够更加深入地理解, 作为一个社会, 我们现在的行为方式将如何影响我们的未来。
另一个文化影响基因的例证是大薯种植与疟疾抵抗力之间的关系。在非洲大部分地区, 人们都在与疟疾进行着经久不息的抗争。根据美国疾病控制与预防中心 (CDC) 的统计, 2010年全世界报告了约2.19亿个疟疾病例, 66万例死亡, 超过90%的死亡病人生活在非洲。
然而, 有些人似乎有天然的抵抗力。他们的红细胞不呈正常的扁平碟状, 而是像个新月或者镰刀。因为红细胞形状古怪, 镰刀型红细胞疾病可能会导致血管阻塞, 继而造成疼痛和器官损伤。正常情况下, 演化会尽量减少镰状红细胞疾病的数量, 因为它危害很大, 会降低预期寿命。然而由于生物学上的机缘巧合, 镰刀型红细胞实际上能够保护患者免遭疟疾。因此在世界上疟疾感染率极高的一些地区, 比如非洲, 自然选择实际上可能倾向于保留镰状红细胞。在生命的赌局里, 对疟疾的抵抗力是更受欢迎的, 哪怕可能要付出罹患镰状红细胞疾病的代价。
有趣的地方到了:种植大薯的社区镰状红细胞基因的携带比例要远高于附近采取其他农业活动的社区。而为了种植大薯, 树木必须被砍倒。“去除树木无意间增加了雨后积水量, 而积水为携带疟原虫的蚊子提供了更加舒适的温床。”圣安德鲁大学生物学家凯文·勒兰德 (Kevin Laland) 在《自然综述遗传学》 (Nature Reviews Genetics) 上发文称。更多的蚊子意味着更多的疟疾, 这就造成了让镰状红细胞成为适应性状的环境。
镰刀型红细胞 (Sickled cell) 与正常红细胞 (Normal cell) 。镰刀型红细胞影响了疟原虫对红细胞的寄生。 (图片来源:2012books.lardbucket.org)
波利尼西亚人祖先的探险文化可能造成了现代波利尼西亚人II型糖尿病的高发病率。 (图片来源:Wikimedia Commons)
所以, 镰刀型红细胞疾病提供了针对疟疾的保护, 而独特的人类行为——种植大薯——则令演化采取了行动。
不过, 并非所有的基因-文化协同演化都是有益的。比如, 波利尼西亚人中II型糖尿病格外流行, 其患病比例在全世界范围内位于前列, 甚至高于临近的人类社群。一组研究人员发现波利尼西亚人PPARGC1A基因突变率格外高, 这可能至少部分地解释了II型糖尿病的高发病率。
为什么这种疾病偏偏对他们如此“青睐”?研究者认为这可能与他们祖先的探险文化有关。波利尼西亚人定居太平洋岛屿的过程中, 忍受着空旷大洋上的漫漫征途, 面对着寒冷与饥饿的压力。这种情况可能促进了“节俭新陈代谢”的形成。这种新陈代谢使人能在有食物的时候更快地建立脂肪储备。自然选择可能增加了波利尼西亚人相关基因变异的比例。然而这种对探险者有用的新陈代谢类型在营养源稳定而充足的现代社会可能会导致肥胖和II型糖尿病。因此现代波利尼西亚人继承了II型糖尿病高发病率, 也许并不是因为他们采取了久坐不动的生活方式, 而是因为他们的祖先决定漂洋过海探索他们的星球。
上面的例子也许最有助于人们理解基因—文化协同演化, 但是研究人员找到的例证远不止于此。我们对植物的驯化可能帮助我们获得了分解所食用植物中特定有毒化学物质的能力;我们探索新的疆域和陌生气候的历史可能令我们比祖先更能忍受极度炎热或寒冷;烹饪的发明可能改变了我们的下颚肌肉和牙釉质的演化;语言和复杂社会认知的出现可能触发了进一步引领我们的脑与神经系统发展的自然选择。
人们很容易认为文化影响基因是人类独有的现象。然而一些动物至少拥有最基本的文化, 如果认为它们的文化不会像我们的一样影响它们的基因, 那就不太明智了。澳大利亚鲨鱼湾的海豚身上可能正在发生这样的事情。
一队研究人员曾经在新南威尔士大学生物学家安娜·考普斯 (Anna Kopps) 的带领下研究鲨鱼湾西部的宽吻海豚。这种海豚有一种著名的捕食方式“顶海绵”:它们埋头海床寻找食物时会顶着一块海绵来保护面部。这不仅是动物使用工具的一个激动人心的例子, 还是文化传播的证据。
考普斯指出, 这种行为“几乎只会通过社会学习从母亲传递到她们的后代”。这意味着这种行为与幼年海豚继承自母亲的基因组之间存在紧密的相关性。
与人类中乳糖耐受、疟疾抵抗和节俭新陈代谢的例子不同, 这种关联未必是文化行为改变基因材料的证据。不过这仍旧暗示着事情可能没这么简单:海豚的文化行为可能以某种方式为自然选择创造了一个展现威力的机会。
文化继续迅急地影响着我们自身的演化, 但是要对此做出预测目前基本上是不可能的。我们的技术文化将会带来怎样的遗传适应?而那种适应将发生于所有人还是仅仅部分人?自动假肢或者神经植入之类的人机界面会怎样影响我们的基因池?一些文化对暴力运动的偏好者会不会导致抵御头部创伤的适应?还有哪些问题是我们甚至还没有意识到应该提出的?
我们不能再把遗传和文化看成互不影响的两个分立实体了。困难在于辨别其中一个是否以及如何影响另一个。“这是基因—文化协同演化领域面临的巨大挑战, 这个挑战难以对付。”勒兰德写道, “尽管如此, 像乳糖耐受那种受到了充分研究的例子, 不仅证明了基因—文化协同演化确实存在, 还展示了确认这一点的方法。”
根据美国疾病控制与预防中心 (CDC) 的统计, 2010年全世界报告了约2.19亿个疟疾病例, 66万例死亡, 超过90%的死亡病人生活在非洲。
这是基因-文化协同演化领域面临的巨大挑战, 这个挑战难以对付。尽管如此, 像乳糖耐受那种受到了充分研究的例子, 不仅证明了基因-文化协同演化确实存在, 还展示了确认这一点的方法。
基因的影响 篇2
转基因生物对环境问题影响的思考
随着生物技术的发展,特别是基因工程的发展,越来越多利用转基因技术获得的.转基因生物进入了我们的视线,同时关于转基因生物的安全性问题已成为大家关注的一个问题,通过转基因生物对环境影响的分析和思考,有助于帮助我们正确应对转基因生物未来的发展.
作 者：邵永刚 作者单位：新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州和静县高级中学,新疆和静,841300 刊 名：时代教育(教育教学版) 英文刊名：TIME EDUCATION 年，卷(期)： “”(1) 分类号：Q785 关键词：转基因生物 环境 影响 思考基因技术对人人关系的影响 篇3
关键词：基因基因技术克隆技术人人关系
中图分类号：Q98文献标识码：A文章编号：1007-3973(2011)008—188-02
基因技术革命是继工业革命、信息革命之后对人类社会产生深远影响的一场革命。它在基因制药、基因诊断、基因治疗等方面所取得的成果，极大地改变人类生命和生活的面貌。同时，基因技术为社会经济发展创造了难以估量的商业财富。然而，技术本身就是一把双刃剑，它一方面使人类拥有了关于自身的说明书，促进了人类自身的发展：但另一方面，它的不恰当应用也会给人类带来各种社会道德伦理问题。因此，人类必须正确认识基因技术的利弊，引导基因技术沿着有益于人类健康、幸福和可持续发展的方向前进。
1基因技术
基因技术主要是指通过对基因的研究，测定和破解遗传代码，从而获得生物体遗传信息的技术。目前，在基因技术对人人关系即人与人之间关系的影响方面，最为深刻的是克隆技术的应用。
克隆技术则是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖，以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群，科学家把人工遗传操作动物繁殖的过程叫克隆，这门生物技术叫克隆技术。其目的是获得某一基因或DNA片段的大量拷贝，用于深入分析基因的结构与功能，并可达到人为改造细胞以及物种遗传性状的目的。
2对人人关系的理解
既然人是社会的人，那么个人就不可能绝对地独立于社会而存在，每个人或多或少都会和社会中的其他人之间存在着联系，即人与人之间存在着某种关系。
人人关系按照是否存在血缘关系可以划分为血缘关系非血缘关系。其中，血缘关系主要包括家庭关系、亲属关系和种族关系，此种人人关系主要是依托血缘而建立起来的。非血缘关系只要指除了血缘关系之外的其他社会关系，主要有单位中上下级关系和同事关系、学校中的师生关系和同学关系、事业上的合作关系和伙伴关系、生活中的朋友关系和邻里关系、社会政治经济交往中的政治关系和经济关系以及法律关系等等。
人人关系即人与人之间关系的形成是立足于社会和群体的环境中的，个人是不可能独立于他人而建立起某种人人关系，人人关系是一种双向的、多个体的、互动的关系。
3人和人的本质
什么是人?人的本质是什么?我们无法单从生命实体的领域，从人的基因得到解释。“社会的生产和意识的历史进步不是人的遗传程序进化的简单延续。……在智人种的4万年历史中，人类种群基因型没有发生定向变化。依据稳定的种群遗传结构，社会进步没有引起遗传密码的变化，具有超生物性质的社会进步成就没有在基因中记录下来。参与形成人们意识的社会遗产，体现为精神文化和物质文化，其起源和内容不是生物的，而是社会的”。
人是社会的人，人制造并利用工具进行劳动，在社会中获得发展，离开了社会，人无法获得生存和发展的基础。“人的本质并不是单个人所固有的抽象物。在其现实性上，它是一切社会关系的总和”。
人作为社会中的人，是有目的的使用工具通过某种方式实现自身的需要。人既是作为目的而存在，也是作为手段而存在，因此，人是具有本体上的价值的。倘若通过基因技术将人同其他生物体一样，进行改造或提升，以此来满足他人和社会发展的需要，那么人的本体性的存在的事实就完全被忽视掉了，人本身变成了一种工具，仅仅作为一种目的的实现手段或是工具而存在，那么人与非人之间还有什么差别呢?
4基因技术对人人关系的影响
4.1对血缘关系的负面影响
(1)克隆人的产生会扰乱家庭关系。在自然演化的过程中，人都是由父母所生，并且在长期发展过程中形成了以血亲为基础的家庭关系。但是，如果运用克隆技术制造出克隆人，那么将会打破自然的男女结合的生育模式。原本以两性关系为基础的家庭关系将被打乱，以血缘为纽带的父子、父女、母子和母女关系将会出现问题。此外，克隆还可能导致父女协作生育、祖孙三代由同一“种子”克隆等颠倒人伦、辈分和世代的事情。
(2)克隆人的出现会造成当代人和克隆的后代人之间新的不平等。随着克隆技术的发展，优生论者认为，未来完全可能把克隆和基因增强结合起来，通过基因增强技术改变人类基因，然后再通过克隆技术使优秀的人类基因得以保存和发展。于是，问题就产生了。在通过克隆技术培育优秀人类基因的过程中，优秀基因是怎么被定义的?选择某种基因为优秀基因的标准是什么，而这种选择标准制定的依据又是什么?为什么某些基因是有缺陷的，而认为这些基因有缺陷的理由是什么?诸如此类的问题会层出不穷的产生。当代人将某种标准通过克隆技术植入下一代，把当代人认定的所谓的价值标准强加给克隆的后代人，迫使克隆的后代人被动接受这些标准，这种行为本身就粗暴地剥夺了后代人自主地分辨什么是善、什么是恶，什么是美、什么是丑，什么是对、什么是错的权利。有着优生观念的父母在决定克隆哪位家庭成员的行为中，将自己的家庭成员划分为具有克隆价值的优良者与不具备克隆价值的低劣者，家庭内部的平等关系就会被破坏。
(3)克隆人的出现可能会引发种族危机。种族主义者可能会利用克隆技术来培育其所谓的“高等”民族，通过基因的增强技术和克隆技术改变人体的某些基因组织，使人类在体质和精神上更加完善，从而进一步排斥他们所谓的“低等”民族，一些更为极端的种种主义者甚至可能会利用基因技术抹杀他们认为的“低等”民族。这样一来，民族和民族之间、种族与种族之间的矛盾会愈演愈烈，地区之间的不稳定状况将为更为严重，世界和平的不稳定因素增多。
4.2对非血缘关系的负面影响
(1)由于基因技术而导致的个体基因出现差异，这种差异性引起社会其他个体对基因差异者的异样心理，致使受基因技术影响而出现差异的个人或此类人群在心理上出现问题或是遭受伤害。无论是在单位、学校还是社会其他领域，无论社会多么进步，对于一个由于基因技术而导致的有着基因缺陷的人，社会中的其他个体或多或少都会以一种异样的眼观看待他，这是一种歧视的表现。因而，这样的基因缺陷者和社会其他个体之间是一种不平等的关系。
(2)基因信息的使用群体在利用过程中的公平性和安全性问题。在社会信息交流频繁的时代，基因信息是否能够被安全使用而不被泄露，这本身存在着安全隐患。假设基因信息在使用中是絕对安全的，那么在基因信息的使用权分配上又如何保证做到公平公正?要想平均各方的使用权，在实际操作上几乎不可能实现，那么就会出现人人关系的不平等。
(3)基因信息的所有权问题。对于个人、企业、科研机构、政府等社会个体来说，都希望自己能够占有尽可能多的信息资源。那么在基因信息的开发中，谁有权获得基因和DNA片断的所有权?是提供基因的个人还是进行研发工作的科研机构或是对研发项目进行投资的企业或者政府?怎么协调个人、企业、科研机构、政府之间的利益关系，本身就是一个很大的问题。
5结语
基因的影响 篇4
生物技术发展意味着生物技术中的核心技术转基因技术有着很大的发展, 生物技术是以现代生命科学为基础, 利用生物程序、生物细胞或者其代谢物质, 结合现在先进的工程技术手段和其它基础学科的科学原理, 按照预先所设计好要改造的生物体, 生产出人类所需要的某种产品。生物技术的核心基因工程是20世纪科技发展中最具有革命性的成就。基因作为自然界的客观存在, 如果能够得到很好的利用是能够造福人类的, 但同样如果制造成基因武器也是会对人类产生巨大危害的。
基因武器是指在生物遗传工程技术的基础上, 运用人为的方法按照作战需要, 通过利用基因重组技术, 复制大量致病微生物的遗传基因, 使可以用药物和疫苗能够控制或治愈的疾病变的更加难以预防和治疗, 而制造出来的新型武器。这种新型的基因武器还利用人种生化特征上的差异, 使这些病菌只在特定的种群中产生致病效果, 以达到消灭敌方有生力量的效果。因此, 一些科学家还称这种“只对敌方具有残酷杀伤力, 对己方毫无影响”的基因武器为“种族武器”。科学家们也已经警告说, 基因武器的威胁已经超过了生化武器和核武器所造成的威胁。与那些造价昂贵的大规模杀伤性武器相比, 基因武器有着无与伦比的优势。基因武器的特点: (1) 成本低廉, 杀伤力强。制造基因武器只需要一个制药工业和一个生物实验室即可。据估算, 基因武器的效率大约是核武器的100倍, 制造成本为5000万的基因武器库就相当于制造了50亿的核武器库。 (2) 使用方法简单, 投放的手段多样且难以防止。在使用基因武器时, 可以用飞机、火箭、气球、舰艇、潜艇等将基因武器投放到目标区域。基因武器的投放不易被发现, 会使对方防不胜防, 这些投放到目标区域的基因武器, 一般都是经过改造后的基因, 只有制造者才知道基因的遗传密码, 其他人很难控制和预防, 一旦感受到危害已经为时以晚。 (3) 在攻击敌方时, 基因武器只会对敌方有生力量和特定的人群有杀伤力, 对建筑物等非生命物质是不会造成破坏的, 对敌方具有巨大的威慑力。
转基因技术是一把双刃剑, 当转基因技术的发展在很多领域带给人类福音的同时, 人们也不能忘记它可能存在的巨大风险。如果转基因技术不加以节制, 我们这个世界将会受到基因武器的威胁。有报道称, 某国企图将眼镜蛇体内含有剧毒的基因转移到流行感冒的病毒基因中去。不难想象, 如果使用这种基因武器, 使得这种流行感冒爆发, 对受到危害的人群来说将是灭顶之灾。曾有一位科学家也表示:“只需要20克的超级热病毒基因武器, 就足以使得全球60亿的人类死于非命。”转基因技术发展所引发的基因武器问题, 绝对不是危言耸听。要正视基因武器的问题, 对转基因技术不能持一个排斥的态度, 更好的了解问题才能更好面对可能发生的问题。
二、基因武器发展对我国国家主权的威胁
美国军方曾经制定一个以基因武器来打击敌方的计划, 通过研究敌方人种的基因特征和基因组成, 进而研究出针对该人种的药物和食物, 使用这些药物或者食物来使得食用种族的基因慢慢被改变甚至造成基因突变, 从而达到军事目的。美国针对中国华人的基因采集是在20世纪90年代初就开始进行的, 当时的中国根本就没有关于基因资源保护的意识, 也没有任何的防范措施, 基因资源的防预和保护系统极其不完善, 这就使得美国有机可乘。美国当时是利用一些非官方的组织机构和中国展开相关的合作, 进行人体实验从而获得中国人的基因。美国曾同我国合作研究汉族和藏族基因差异性项目, 通过该项目不仅能够获取汉族人的基因还能获取藏族人种基因, 这些基因能够使美国发现中国人种同西方人种之间的差异, 有利于研究不同的基因差别, 便于为其以后的基因战争做准备。世界上每个人, 每个人种都应对自己的基因有着无可争议的所有权。美国在研究其他国家基因时, 应该征求他国和人民的同意。由于我国当年对这种极其宝贵的基因资源认识不足, 使得美国通过一些国际项目取走了大量我国的基因资源, 这不仅是我国基因资源的一大损失, 更有可能对我国的国家安全造成巨大的威胁。
就目前转基因技术发展迅速的情况来看, 转基因粮食的发展却不如其技术发展那么的顺利, 因为粮食作为人类的必需品, 是人类得以生存和延续必不可少的一部分, 所以各国人民和政府对粮食也是非常的重视。转基因粮食由于转变了原有的粮食基因, 以转基因粮食作为主粮有可能带来灾难性的后果。因此在世界上说服一个国家接受转基因粮食比说服一个国家放弃核武器还要难, 世界各国尤其是欧洲一些发达国家都一直坚决的抵制转基因粮食。就连非洲一些饱受饥荒的国家也提出“宁可饿死, 也不吃转基因粮食”的口号。很多国家政府宁愿放弃核武器以及大规模杀伤性武器的研究, 也不能接受转基因粮食引入本国, 就能看出他们是多么排斥转基因作为一个国家的主粮。然而在这种全世界绝大多数国家都排斥转基因粮食时, 中国却愿意接受转基因成为国家主粮。这样把别国转基因引入本国当做主粮是对国家安全非常具有威胁的。目前转基因粮食已经遍布中国, 由于转基因技术, 可以往粮食里面转有利的基因, 也可以往其中转有害的基因, 这种粮食种子的控制权又在美国大型种子公司手里。所以这个转基因主粮很有可能会对国家人民的生命安全造成极大的威胁。如果中美发生大规模战争, 美国很有可能利用这转基因粮食做文章, 把转基因粮食化作转基因武器, 这将会给中国带来毁灭性的灾难。即便以后中美不会发生战争, 转基因作物的不确定因素还是太多, 这种转基因作物不可知的危险对一个国家一个种族来说也是非常具有威胁的。生命基因是上千万年选择和进化的结果, 没人知晓, 如果这种上千万年进化所形成的基因链被破坏, 会产生什么样的后果, 这也是世界上各国非常忌惮转基因粮食的原因。
三、发展转基因技术抵制国外基因武器的入侵
美国早在20世纪80年代就开始进行生物战剂方面的研究, 并且研制出了一些预防生物武器攻击的疫苗, 这是一种具有长远眼光, 为以后有可能发生的基因战争做准备。目前, 有很多发达国家, 已经掌握了一些遗传工程技术, 对基因技术的研究也在日益加深, 想要生产出威力巨大的基因武器也并非难事。如果不顾基因技术的发展, 基因武器一旦被极端的恐怖分子或者战争狂热分子所掌控, 对于人类来说将是一个巨大的劫难。有效的防范基因武器, 是为了保护全人类的利益, 维护和促进全世界的和平与发展。面对来势汹汹的基因武器, 我们应该有一些积极的应对策略。
第一、呼吁建立相关的国际监督机制。首先, 我国不主张研制基因武器, 希望世界可以和平安定的发展, 全人类都能远离基因武器的侵害。然后, 要督促国际社会应该按照1998年在联合国大会上所批准的“关于人类基因组与人类权利的国际宣言”精神, 在全球范围内达成限制基因技术使用, 全面禁止基因武器研制的公约和协议。最后, 还在国际上应该积极呼吁建立一个全球性的基因技术的管理机构, 能够有效的监督和管理各国对基因技术的运用, 对各个国家基因技术的研究情况有个了解和指导。由于《禁止生物武器公约》在其研发控制方面存在着明显漏洞, 如缺乏严格的针对性限制条款和监督机制, 致使对一些国家基因武器的研发, 国际社会只能予以舆论谴责, 却不能有效制止。公约虽然还要继续执行, 但该公约没有一个组织和核查机构, 致使有些国家即便违反了公约上的条款也很难被发现。所以, 应该加强对基因技术研究情况的追踪调查, 坚持生物战剂的研究和发展方向, 为基因武器的防护增加技术储备。
第二, 加强对基因资源的保护。基因资源是一个国家非常重要的资源之一, 有可能对今后的发展造成极大影响, 发现和保护种族特异性和易感性基因已经成为一个民族能否繁衍和生存的重大问题, 而在基因技术刚发展时期, 我国对本国的基因资源重视程度远远不够。应该尽快采取相应的行动, 认真研究本民族的基因密码, 保护好民族基因密码关系重大。在国际上有基因项目上的合作中, 应防止民族基因资源流失国外。建立健全的基因保护法律法规, 规范民间组织和国家组织针对基因资源的研究行为。
第三、提高国家整体防护能力, 加大宣传力度。基因武器的问题, 不仅仅是个人问题, 还是关乎整个国家, 甚至整个世界的问题。因此, 要在全国范围内加大对基因武器的宣传力度, 提高全民的忧患意识和防范意识。对国家来说, 应借鉴“非典”疫情时期的经验教训, 完善国家的卫生防疫系统, 提高国家在面对基因武器时的整体防护能力。积极使用高新科技产品, 如“生物烟尘探测器”、“生物武器呼吸检测器”等新型探测和防护器材, 及时、有效、快速的针对其做出反应和防护。针对未来的敌人可能实施什么样的基因战法也应该有所研究, 这样才能更好的制定预防方案。对国内的国民来说, 要树立一个基因战的观念, 使每个人对基因战有所了解, 这样能够在可能发生基因战的时候可以更好的自救和互救, 尽最大的努力来减少基因武器所带来的破坏, 这样才能在将来的基因战争中立于不败之地。
参考文献
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基因的影响 篇5
摘要：转基因作物是人类科技发展史上的又一新生事物，然而新生事物的产生总会伴随着伦理之辩。转基因作物的迅猛发展给人类带来巨大经济效益的同时，对生态环境产生的危害具有科学上的不确定性。本文就转基因作物生态风险做出分析，并提出相应的可行性的生态伦理原则加以规范，以促进转基因作物的和谐发展。
关键词：转基因作物;生态风险;生物多样性;生态伦理观;可持续
转基因作物(Genetically Modified Corp)，是指利用以DNA重组技术为核心的现代生物技术，将外源基因整合于受体植物基因组，通过改造作物的遗传组成所获得的某种新的遗传特性的作物。随着转基因技术的广泛应用，特别是在农业领域的大量推广及应用，使社会公众对转基因作物所带来的生态环境的影响及伦理问题的关注度也与日俱增。
一、转基因作物的生态风险
20世纪90年代以来，转基因技术发展迅猛，转基因作物的生产被称为第二次绿色革命，种植面积直线上升，转基因研究正在全球形成一个前所未有的热潮。 转基因作物因其插入基因的特殊性，对生态环境存在潜在的生态风险，主要表现在：
第一，转基因作物有演变成超级杂草的可能性。抗杀草剂的转基因作物的出现，就有可能导致公司研制和应用更强有力的广谱杀草剂，不加区别地杀死许多物种。抗杀草剂转基因作物在收获之后残留于土壤的种子，也可以自动出芽，而成为像野草一样的“自生植物”，这就得用其他杀草剂去杀它，如此往复循环，这种恶性循环在很大程度上是难以恢复的。第二，转基因作物可能引起基因污染，对非目标生物造成伤害。基因的水平转移几乎遍及所有的动物、植物和真菌等物种，任何物种的任何基因都可能传播到其他任何物种，业已表明，转基因植物中的外源基因和作为标记的抗生素抗性基因，已经侵入土壤的真菌和细菌之中。这些微生物群体在环境中可以起到“高速公路”和“水库”的作用，使其所携带的这类基因得以复制和传播，并与其他基因发生重组，生成新的病原菌。相对于以往任何种类的污染而言，“基因污染”最为特别也最为危险，因为它是一种可以自己迅速繁殖并且大面积扩散的污染，而人类又对其束手无策。
虽然大多数科学家认为转基因技术迄今并未发现真正对生态环境造成的不良影响，在美国等发达国家，数亿人食用 4000多种转基因食品，连续多年也未发现对健康产生任何伤害。但是，转基因作物对大自然的影响目前还无法完全证实。转基因农业技术对生态环境和人类健康造成的风险具有潜伏性和不可逆转性，给环境带来的影响也许要等到几十年甚至几百年以后才会显现。已有教训表明，任何进入新环境的外来物种，都有可能会在当地引发一场生态浩劫。转基因作物的商业化过程只经历了不足 10年的时间，然而，转基因生物对环境及人体健康的影响可能需要 20年、50年甚至是100年才能被发现。转基因作物一旦进入自然生物链，其人造的特性和缺陷就会无休止地流传下去，永远无法被控制或被收回，对大自然的这种破坏是不可逆的。
二、转基因作物对生物多样性的威胁
转基因作物的种植会威胁到生物多样性，破坏生态环境。转基因作物不仅跨越了时空等外来的限制，更是打破物种之间自然规律的内在制约，对其他物种构成威胁，从而破坏生物多样性。生态系统是经过长期进化形成的，系统中的物种经过成千上万年的竞争、排斥、适应和互利互助，才形成了现在自然的整体性。一个外来物种引入后，有可能因为不能适应新环境而被排斥在系统之外，也有可能成为真正的入侵者，打破物种平衡，改变或破坏当地的生态环境，破坏自然和生态的整体性。由于转基因生物是一种外来物种，它比传统的外来物种对当地生物多样性和生态环境的影响可能更厉害。多样性是生态稳定性的基础，最近的研究表明，多样性生态社会有利于消除干燥和其他环境紊乱。同一生态系统的物种在一个既互助又竞争、既制约而又平衡的错综复杂的网络中相互联系，从而使整个生态系统得以存在。但是转基因作物却打破了这种和谐机制，自绿色革命推行转基因作物以来，已对全世界的生物多样性和食物安全性造成了有害影响，转基因作物在遗传上是均一的，因此有利于植病和害虫的肆虐;转基因作物需要大量投入肥料、水、杀虫剂和重型机械，这一切都已经对生态环境造成了破坏。
三、转基因技术对生态伦理观的挑战
任何一个自认是健康文明的社会里，科学的追求，不可能在道德与伦理的真空中进行。转基因技术与其他任何科学技术一样，不能回避或是无视伦理道德问题。生态伦理是对生态环境规律的认识和把握，生态伦理学中存在着人类中心主义和非人类中心主义的争论。人类中心主义认为物竞天择、适者生存，每个物种都将自己视为中心和目的，将其他自然存在物看作是手段和工具。非人类中心主义认为生物界不仅存在着生存竞争，还存在着互利共生。大自然本身是一个具有自我调节能力的系统，物种之间具有相互依赖性，它们相互作用共同构成一个生态系统。在这种生态系统中，任何环节的变化或缺损，都会造成生态系统的剧烈变动，严重时甚至导致生态系统的崩溃。人类作为一个物种只是生物链条上的一个普通环节，他完全依赖于自然界而存在。因此，人类只有将自然界也当作目的并维护自然界存在的利益，才能实现自己的生存利益。转基因技术对生态伦理观发出挑战，在处理人与自然界关系中，它没有体现人对自然界和对自然存在物的道德义务和道德关怀。转基因技术在农业中的普遍应用，给生态坏境带来了潜在威胁，基因科技的发展使得生态环境遭到了破坏，人类对生态圈和自然界的伦理意识受到了挑战。
四、转基因作物研发应遵循可持续发展的生态伦理观
在商业利益的驱动下，转基因技术不断突破而被广泛的应用到许多领域。数以万记的转基因细菌、病毒、植物和动物将被释放到生态环境中，其中某些可能会对地球的生物界造成灾难性的破坏，在世界散布不稳定甚至毁灭性的、不可逆的基因污染。人们不禁要问：转基因农业是可持续发展农业吗?现代人究竟应该持有什么样的生存观与价值观，应该持有什么样的发展观?
人与自然和谐发展原则
自然环境对人类有着巨大的价值，人与自然之间是相互影响、相互作用、相互依存的关系，维护人类的持续生存与发展，确立人类生存与自然环境的协调是生态伦理学最核心的思想之柱。这说明人与自然的`关系问题具有很鲜明的伦理意义，维护人类的持续生存，必然要追求人类和自然的和谐，并把其作为一个基本的生态伦理原则。
(二)维护生态系统平衡原则
在维护生态系统平衡的问题上，环境道德要求人们正视人与自然的关系，意识到人类利用生物科技手段对自然进行盲目开发和利用所造的严重后果。尊重生态系统和生态过程包括保护生物基因的多样性、物种的多样性和生态系统的多样性。在转基因作物的开发和应用中，我们应维护生态系统的平衡，保护生物多样性，不应该破坏原物种的生存环境。
(三)坚持可持续发展原则
人类为了可持续地生存和发展，必须要更有理性地介入到自然中去，调整人与自然的关系，做到人与自然的和谐。坚持可持续发展原则，就是要求我们在转基因作物及其产品的研究、开发和应用过程中，应将其带来的经济效益、社会效益和环境效益进行综合考量，实现三者共同的可持续发展，这也是转基因技应用中应该遵循的生态伦理的最高原则。
综上所述，人与自然和谐发展原则、维护生态系统平衡原则、制定可持续生存的原则作为生态伦理的原则，在转基因作物及其产品的研究、开发和应用中，起到了规范性的作用。这就要求科学界和伦理学界来引导人们以理性的态度对待转基因技术和转基因作物，在正视其潜在的生态风险的同时，加快对转基因作物安全性的研究，并通过一系列的法律法规、伦理原则等来加以规范。
参考文献：
非随机交配不影响种群的基因频率 篇6
浙科版《生物学》必修2的P101～102陈述的哈迪-温伯格定律的内容是：在一个大的随机交配的种群里，基因频率和基因型频率在没有迁移、突变、选择的情况下，世代相传不发生变化，并且基因型频率是由基因频率所决定的。该教材因此断言：非随机交配和突变、迁移、漂变、自然选择是打破平衡，使种群基因频率发生变动的因素。
非随机交配对种群基因频率的这个作用在当前高等院校的相关主流书箱中也有类似的表达。如戴灼华等主编的《遗传学》（第二版）P480中就有这样的陈述：“作为群体遗传学的理论基石之一的Hardy-Weinberg定律的要点是：① 在随机交（婚）配下的孟德尔群体中，没有其他因素（基因突变、选择、迁移和遗传漂变）的干扰，基因频率不变……”又如吴相钰等主编的《普通生物学》（第三版）P333也说：“要维持一个群体的哈迪-温伯格平衡，个体之间的交配必须是随机的。”
2 非随机交配对种群基因频率的影响分析
2.1 理论分析
首先要明确一点：随机交配还是非随机交配，与交配机会和生殖能力无关。这就像帅哥容易找靓妹婚配，丑男一般只能找陋女结婚是非随机婚配，而不影响每一个人的生存机会和生殖机会（包括婚配机会和生殖能力）一样。
一个种群在没有其他因素（突变、迁移、漂变、自然选择）的干扰，交配的随机性与否就成了因变量-基因频率的单因子变量，每个个体的生存机会和生殖机会都成了基因频率的无关变量。生殖机会相同使得种群中每一个等位基因传递给下一代的机会相同，生存机会相同就意味着每一个个体对基因库的贡献是一样的，这样的种群其基因频率就会世代恒定，与交配是否随机无关。
2.2 举例分析（表1）
为计算分析的方便，首先作两点假设：① 假设某种群有一对完全显性的等位基因A与a，这样AA和Aa个体表现出显性性状，aa个体表现为对应的隐性性状;② 假设这个种群的初始时期，个体基因型频率AA∶Aa∶aa=1∶2∶1，则基因频率A∶a=1∶1。以下举例分析两种非随机交配对种群基因频率的影响。
2.2.1 表型相同的个体间交配导致后代的基因型频率发生改变，但基因频率代代不变
根据上述的两点假设和推理，可以再假定表1中的亲代雄性个体为四个（AA∶Aa∶aa=1∶2∶1），亲代雌性个体也是四个（AA∶Aa∶aa=1∶2∶1），表型相同的个体之间的交配是随机的，表型不同的个体之间不交配，而且每一个个体产生的子代个体都有且只有12个。这样，亲代雄性个体aa与雌性个体aa共同的后代个体aa也是12个。见表1，通过一代的生殖，基因型频率从原来的AA∶Aa∶aa=1∶2∶1变成了AA∶Aa∶aa=1∶1∶1，而基因频率仍然是A：a=1：1。同理，表型相异的个体间交配会导致后代的基因型频率变为AA∶Aa∶aa=0∶2∶1， 而基因频率还是A：a=1：1。
2.2.2 个体自交导致后代的基因型频率发生改变，但基因频率代代不变
为计算的方便，同样可以假定表2中的亲代个体为4个（AA∶Aa∶aa=1∶2∶1），每一个个体自交产生后代都有且只有4个。这样，通过一代或n代的自交，产生的后代的基因型频率从原来的AA∶Aa∶aa=1∶2∶1变成了AA∶Aa∶aa=（0.5-2-n-2）∶2-n-1∶（0.5-2-n-2），而基因频率始终保持A∶a=1∶1。
3 结论
在一个具有等位基因的大种群中，如果没有突变、选择（不包括性选择）、迁移和漂变，那么雌雄个体之间的交配无论是随机的还是非随机的，种群的基因频率代代不变，而且在非随机交配的情况下的基因型频率不能由基因频率决定;只有随机交配才能保持种群的基因型频率不变，此时的基因型频率由基因频率决定。
基因的影响 篇7
1 材料与方法
1.1 主要试剂
Prime Scrip RT reagent Kit和SYBR Primescript RT-PCR Kit(中国TAKARA公司),DMSO(美国Sigma公司),RPMI-1640培养基和10%胎牛血清(美国Gibco公司),CHO细胞(中国上海细胞库),MEHP(纯度>99%,美国Sigma公司),凋亡基因和癌基因PCR引物由上海生工合成。
1.2 CHO细胞培养与MEHP染毒
CHO细胞于37℃、5%CO2条件下培养至状态稳定后,将细胞消化下来,调节细胞悬液浓度为4×105/ml接种到6孔板中,每孔加3 ml细胞悬液培养,待细胞融合度达70%~80%时进行MEHP染毒。MEHP染毒浓度分别为0.5、0.25、0.125、0.0625、0 mmol/L,其中DMSO含量均为5‰,染毒24 h后,以0 mmol/L作为对照组测定4个凋亡基因Bcl-2、caspase-3、caspase-9,Bax及1个癌基因p53共5个基因表达水平的改变。。
1.3 基因m RNA表达水平的检测
MEHP染毒CHO细胞24 h后,分别提取各个剂量组细胞总RNA,反转录为c DNA。RT反应体系是:5×Prime Script Buffer4μl,Prime Script RT Enzyme Mix I 1.0μl,Oligo d T Primer(50μmol/L)1.0μl,Random 6 mers(100μmol/L)1.0μl,Total RNA 1μg,加RNase Freed H2O至20μl。反转录条件:37℃15 min,85℃5 s,4℃10 min,-20℃冰箱保存反转录样品。
目的基因PCR引物委托上海生工公司合成,引物序列如下。Caspase-9:F:5’-GTGGT GGTCATCCTCTCT-CAT-3’,R:5’-AGCATCTGGCTCAGAGTCACT-3’;Bcl-2:F:5’-GGATT GTGGCCTTCTTTGAGT-3’,R:5’-TAC-CCAGCCTCCGTTATCCT-3’;Caspase-3:F:5’-GCAGCTACCTCAACTTCGAC-3’,R:5’-TCATAGTATCGC-CAAATCTTG-3’;Bax:F:5’-GGAGCTGCAGA GGAT-GATTG-3’,R:5’-CTCCCGGAGGAAGTCCAGTG-3;p53:F:5’-GGACGGAACAGC TTTGAGGTT-3’,R:5’-CCAAGGCCTCATTCAGCTCT-3’;GAPDH:F:5’-TCCTGCACCACCAACTGCTT-3’,R:5’-GTCTTCTGGGTG-GCAGTGAT-3’。荧光定量PCR反应条件:95℃预变性30 s,1个循环;接着95℃变性5 s,54℃退火延伸30 s,共40个循环。以GAPDH的Ct值为内参,目的基因Ct值采用2-△△Ct计算后的比值即为各基因的相对表达量,此步骤由ABI 7900HT分析软件自动计算并直接给出结果。
1.4 统计学分析
实验结果运用SPSS 20.0统计分析软件进行单因素方差分析以比较组间差异,两两比较采用LSD检验,数据以±s表示,以P<0.05表示差异有统计学意义。
2 结果
2.1 MEHP对CHO细胞形态影响
对照组CHO细胞形态为正常梭型细胞,细胞数量多。0.0625 mmol/LMEHP染毒条件下细胞形态相较于对照组无明显差异,0.125 mmol/L MEHP染毒条件下细胞形态较对照组有些改变,细胞生长速度下降,细胞数量较少;0.25 mmol/L染毒条件下细胞生长速度下降,细胞数量较对照组明显减少,胞质内出现空泡,在0.5 mmol/L染毒条件下,漂浮死细胞数增多,细胞形态变得极为不规则,胞质内出现大量空泡。
2.2 MEHP对CHO细胞凋亡基因癌基因表达水平的影响
MEHP染毒CHO细胞24 h,荧光定量PCR检测5个待测基因的表达水平,结果显示,0.5 mmol/LMEHP染毒时caspase-3、caspase-9、Bax、p53表达水平较对照组显著增加,与对照组比较,差异均有统计学意义(P<0.01或P<0.05);而凋亡基因Bcl-2表达水平在4个剂量组都比对照组显著降低(P<0.05或P<0.01);在0.25 mmol/L MEHP与0.5 mmol/L MEHP作用下,Bax与Bcl-2比值显著降低(P<0.05或P<0.01),见图1~6。
3 讨论
细胞凋亡也称为程序性的细胞死亡,是细胞在遗传机制的控制下为了维护自身内环境的稳定而进行的自杀过程,越来越多的研究表明,半胱氨酸蛋白酶类,即Caspase家族在这一过程中发挥着关键性的调节作用。Caspase家族与真核细胞的凋亡密切相关,包含约7种酶类,它们的氨基酸序列、结构以及底物特异性都较相似,共同参与着细胞的生长、分化与凋亡的调节。在正常情况下,Caspase家族在细胞质中以无活性的蛋白酶原形式存在[10],当凋亡程序启动后,在细胞凋亡信号的刺激作用下,线粒体内的Caspase家族被激活,启动凋亡蛋白酶层叠级联反应,通过细胞色素C及蛋白酶激活因子Ap1的作用,凋亡起始因子Caspase-9被激活,被激活的Caspase-9进一步去激活凋亡执行因子Caspase-2、3、6、7、8[11],凋亡执行因子进一步通过引起其靶蛋白的水解而引起细胞的凋亡。在凋亡执行因子中,Caspase-3、9的作用是最不容忽视的,它们的活化意味着细胞凋亡已经进入不可逆的阶段[12]。本文研究发现,0.5 mmol/L MEHP染毒时caspase-3、caspase-9表达水平较对照组显著增加,推测MEHP引起了Caspase家族的级联反应,从而引起细胞的凋亡。
Yang等[13]研究表明,6.25、12.5、25、50、100μmol/LMEHP处理Hep G2细胞36 h,所有处理组p53蛋白表达水平均显著增加;除6.25μmol/L DEHP处理组外,所有剂量组Bax/Bcl-2比例与对照组相比均上调,caspase-3和caspase-9活力均显著增加。他们的研究表明,MEHP诱导Hep G2细胞氧化DNA损伤和凋亡,p53及其下游蛋白参与了MEHP诱导的线粒体和caspase介导的凋亡途径。本研究中检测出0.5 mmol/L MEHP染毒时caspase-3、caspase-9、Bax、p53表达水平较对照组显著增加,而凋亡基因Bcl-2表达水平在4个剂量组均比对照组显著降低;在0.25 mmol/L MEHP与0.5 mmol/L MEHP作用下,Bax与Bcl-2比值显著降低,表明较高浓度的DEHP可通过激活细胞凋亡Caspase通路中Caspase-3和Caspase-9的表达,抑制抗凋亡基因Bcl-2的表达而诱导CHO细胞凋亡。
注:MEHP—邻苯二甲酸单乙基己基酯;与对照组比较,aP<0.05,bP<0.01
注:MEHP—邻苯二甲酸单乙基己基酯;与对照组比较,aP<0.05
注:MEHP—邻苯二甲酸单乙基己基酯;与对照组比较,aP<0.05,bP<0.01
注:MEHP—邻苯二甲酸单乙基己基酯;与对照组比较,aP<0.05,bP<0.01
注:MEHP—邻苯二甲酸单乙基己基酯;与对照组比较,aP<0.05
注:MEHP—邻苯二甲酸单乙基己基酯;与对照组比较,aP<0.05,bP<0.01
MEHP可以引起细胞内ROS含量增加,p53对ROS引起的细胞氧化还原状态十分敏感,细胞核p53的表达增高可以预示细胞周期阻滞和细胞凋亡[14]。氧化应激下,尤其是当细胞内DNA受到损伤时,p53基因表达上调。在各种凋亡刺激下,p53转录非依赖促凋亡的功能主要通过内源性线粒体途径发挥作用,其作用过程包括活化的p53向线粒体快速转位,与线粒体膜上的Bcl-2家族相互作用,致使线粒体的外膜通透性改变,使线粒体内的一些促凋亡蛋白释放到胞浆,激活胞浆中的效应分子,如caspase蛋白酶,中和凋亡抑制蛋白,从而诱导凋亡。
Bax基因是Bcl-2基因家族中的一员,其表达产物可与Bcl-2蛋白及bcl xl蛋白结合形成异源二聚体,抑制两者的抑凋亡作用,进而导致细胞凋亡加速发生。在正常细胞中Bax蛋白通常存在于细胞质中,受到一系列死亡信号的刺激后会转移到线粒体内,一旦到达线粒体的外膜,就会导致线粒体功能异常并引发凋亡,细胞对凋亡因素的敏感性,很大程度上取决于Bax与Bcl-2蛋白的比例,正常组织内Bcl/Bax蛋白的比例是维持恒定的,使细胞的分裂增殖与死亡保持平衡状态,当Bcl/Bax蛋白的比例升高时,细胞凋亡受到抑制,导致细胞增生过度,死亡不足,引起肿瘤的发生[15]。本文研究表明,在0.25与0.5 mmol/L MEHP作用下,Bax与Bcl-2比值显著降低,提示MEHP破坏了CHO细胞分裂增殖与死亡之间的平衡。
本文应用MEHP染毒CHO细胞,获得MEHP引起CHO细胞凋亡基因表达升高,初步提示DEHP对生殖细胞毒性可能通过其代谢产物MEHP发挥作用。至于MEHP是通过什么信号通路引起细胞内一系列损伤作用,目前仍不太清楚,还有待进一步的研究。
作者声明
基因的影响 篇8
人教版高中生物教材必修二《种群基因频率的改变与生物进化》一节,第117页。内容如下:
1870年,桦尺蠖种群的基因频率如下: SS10% ,Ss20% ,ss70% 。在树干变黑这一环境条件下,假如树干变黑不利于浅色桦尺蠖的生存,使得种群中浅色个体每年减少10% ,黑色个体每年增加10% 。第2 ~ 10年间,该种群每年的基因型频率是多少? 每年的基因频率是多少? 请将计算结果填入表中。
( 此为教材原表)
注: 增加10% ,即乘以110% 。减少10% ,即乘以90%
根据表中数据,可以看出教材的计算方法是:
二、对此问题的分析
笔者认为这种计算方法是错误的,下面从四个方面来说明。
( 一) 桦尺蠖的生活史
桦尺蠖,又名桦尺蛾,学名Biston betularia,属动物界节肢动物门昆虫纲( 六足纲) 鳞翅目,尺蠖蛾总科尺蠖蛾科( Geometridae) 。尺蛾以幼虫过冬,4月左右随寄主复苏,然后取食嫩叶生长发育。6月左右进入化蛹期,7月左右羽化为成虫。成虫寿命只有10天左右,交配产卵后死亡。随后卵发育成幼虫取食叶肉,10月左右进入休眠。根据尺蛾生活史可以看到它的寿命是一年。
( 二) 自然选择的对象
因为桦尺蠖的寿命是一年,也就意味着一年后所有的桦尺蠖全部死亡,存活的是它们的后代,那么到了下一年自然选择应该作用于它们的后代,而不是上一代。
( 三) 教材计算的错误原因
教材中计算第2年桦尺蠖的数量时,是以第1年桦尺蠖的数量作为基数,这显然是错误的,因为到第2年时,第一年的桦尺蠖已经全部死亡,不可能以它们作为计算的基数。
如果对笔者的这种分析还存疑的话,我们假设一种情况。自然选择使隐性个体全部死亡,而显性个体不受自然选择的影响。那么按教材方法计算第2年的桦尺蠖为:
那么第3年因为ss还是0,所以SS和Ss的频率计算如下:
这就是说,从第2年开始自然选择的对象ss就不存在了,桦尺蠖种群的基因频率将不再变化,这显然是不可能的。
三、正确的算法
要正确计算第2年的数量,要考虑很多因素。比如,被淘汰的个体有没有留下后代? 多少后代? 后代中各种类型比例如何? 但笔者认为,在高中范围内应根据遗传平衡定律进行计算,并假定自然选择中被淘汰的个体在繁殖前死亡而且不再产生后代,而没有被淘汰的其它个体则随机交配,且繁殖能力相同。那么第二年的算法应该如下:
首先根据遗传平衡定律: 下一代中,SS = 0. 22,Ss = 2×0. 2×0. 8,ss= 0. 82
考虑自然选择则后代中各类型所占比例如下:
以上就是笔者对此问题的思考。
摘要：主要对教材中自然选择对基因频率影响的计算方法提出质疑,并提出自己的计算方法及其依据。
原癌基因及其对猪相关性状的影响 篇9
1 原癌基因对猪相关性状的效应
1.1 原癌基因对猪毛色效应的影响
角质细胞中真黑色素和褐黑色素种类及含量的不同会导致动物毛发在生长过程中出现不同的毛色。毛色的显性白表型是原癌基因突变造成的[1], 原癌基因复制后使原癌基因的表达量增加, 从而影响了原癌基因配体的可利用性, 使黑色素细胞前体物的正常迁移和存活出现异常而产生黑斑表型, 而原癌基因内含子17的第1核苷酸处发生的G→A剪接突变导致了肥大细胞生长因子受体缺乏酪氨酸激酶活性, 使得黑色素细胞前体物不能正常迁移和存活, 皮肤和毛囊没有黑色素细胞, 从而产生白毛色。
Sakurai M 等[3]研究表明, 猪的显性白毛色主要由原癌基因 (I位点) 调控, 通过毛色表型的分离现象, 人们首先提出了在原癌基因位点上存在I、Id、Ip、i和im 5种等位基因, 其表型分别对应为显性白色、灰杂色、黑斑、正常毛色和隐性白色5种, 等位基因的显性顺序为I/Id/Ip/i/im, 而随着PCR-RFLP、PCR-SSCP、焦磷酸测序和荧光定量PCR等技术的发展, 人们对原癌基因进行了更深入的研究并证实在I位点上有7个具有显著表型效应的等位基因:i、IP、IBe、I1、I2、I3和IL。i等位基因是正常的原癌基因, 为单拷贝基因, 黑色素细胞前体物能够正常迁移与存活, 从而使毛色表现为正常黑色。IP等位基因是双拷贝的原癌基因, 表现为白色或有色毛的斑块或斑点表型, 在其分子结构上既有正常的原癌基因, 还带有1个完全一样的原癌基因全长拷贝, 该拷贝增加了原癌基因的表达量, 扰乱了黑色素细胞前体物的迁移与分化, 造成某些部位黑色素细胞能存活, 某些部位则不能存活, 从而产生斑块或斑点表型。IBe等位基因为单拷贝基因, 控制白带表型, 具IBe等位基因的猪其肩部和前腿有白带环, 主要是由调节突变引起的, 而一个与IBe等位基因相似但不能肯定与IBe有显著区别的基因被称之为IBe*, 它出现在白毛色品种猪中, 也是1个单拷贝原癌基因, 无剪接突变, 但对毛色具有明显的表型效应, 黑斑发生率与IBe*等位基因之间有非常强的相关性, I/IBe*基因型仔猪比I/I型仔猪更不容易出现中度的大红细胞性贫血, 对猪的健康具有正效应, 这可以解释为什么IBe*在白毛色猪中会普遍存在。I1等位基因是双拷贝基因, 其中一个拷贝为重复拷贝, 另一个拷贝则发生了剪接突变, 导致其17号外显子缺失, 从而干扰了原癌基因受体的酪氨酸激酶信号;I2和I3为3拷贝基因, 在其中的1个或2个拷贝中发生了剪接突变。IL基因是1个单拷贝的原癌基因的等位基因, 有剪接突变, 认为是纯合致死等位基因。
师科荣等[1]的研究表明, 原癌基因内含子17中G→A的突变和内含子18中AGTT缺失可能不是导致白毛色产生的唯一决定性突变, 也许在原癌基因的其他区域还存在别的未被发现的决定性突变位点, 这可能是导致荣昌猪白毛色形成的原因。白小青等[4]的研究发现, 荣昌猪不存在原癌基因内含子17和18这2个位点的突变。Lai F J等[5]的研究表明, 荣昌猪显性白毛表型不是由原癌基因突变引起的。
1.2 原癌基因对猪造血效应的影响
原癌基因造血干细胞因子受体是酪氨酸蛋白激酶受体, 其表达产物广泛分布于各种发育阶段的造血细胞, 尤其是在早期造血干细胞表面, 是信号传导通路中传递生物信号起始所必需的部分, 与其配体SCF结合后, 可激活多种信号转导通路, 增强其他造血生长因子对造血细胞的作用, 并抑制造血细胞的凋亡, 从而调节造血细胞的增生、分化和转移。原癌基因对正常造血细胞的增殖和分化起着重要的调节作用[6], 但原癌基因调控造血的潜在机制还不太清楚。
原癌基因突变将导致贫血病, 表现为外周血液中的红细胞、白细胞、血红蛋白和血小板等指标低于正常值。如果SCF/c-kit异常则可导致造血微环境紊乱[7], 无义突变可导致原癌基因功能缺乏, 使红细胞生成减少。实际生产中发现白毛猪的新生仔猪患贫血的比例比有色猪要大。贫血常给动物带来许多问题, 如怀孕母猪贫血则易出现不孕、产仔数减少和仔猪发育迟缓;初生仔猪贫血则表现为精神不振、活力减弱、甚至吮乳力不足、消瘦、皮肤和黏膜苍白、下痢;生长肥育猪贫血可致其生长发育滞后, 生产性能降低。仔猪贫血发病率高达30%～50%, 由此导致的死亡率为15%～20%, 常造成巨大的经济损失。
研究表明, 原癌基因位点突变在纯合状态下引发大红细胞贫血而使鼠出现致死或半致死现象。W等位基因编码非功能性的原癌基因产物, 使得含W/W纯合子的鼠在妊娠后期和初生早期因严重贫血而死亡, 在杂合型鼠中原癌基因产生的错义突变使酪氨酸激酶活性降低[8], 携带该基因型的鼠发生中度大红细胞贫血、毛色变淡但其繁殖力正常, 而纯合型鼠则表现为严重贫血、不育和黑眼白毛。患W突变的鼠贫血是由造血干细胞数量少引起的, 但其造血微环境表现正常。吴培林等发现W-3Bao小鼠突变杂合子的血细胞发育似乎不受影响, 只有当突变基因纯合后, 原癌基因的功能完全丧失, 才出现大红细胞贫血并在出生前后死亡。Spritz R A[9]的研究发现, 在24只发生了W突变的鼠中有10只在杂合状态下也表现贫血。Marklund S用大白母猪与野生型公猪杂交, 发现在F2代中I1/I1型猪的淋巴细胞和外周血液中白细胞数量明显下降。白毛色猪中原癌基因的变异是否会产生温和的多效性影响很值得研究, 因为很大比例的培育品种或商品猪携带原癌基因, 即使是温和的多效性影响对养猪生产的影响也非常大。
Fesus L等通过原癌基因对汉普夏猪和大白猪杂交F2代群体的血液参数、小猪出生体重和断奶体重影响的研究发现, 携带I等位基因猪的淋巴细胞数和初生体重均比i/i型的猪要少, 但在白细胞数、红细胞数和血红蛋白量上, 不同的等位基因之间的差别不明显。
Johansson A等研究了原癌基因位点多态性对毛色和外周血液细胞值的影响, 发现不同的原癌基因型对初生仔猪血液学参数值的影响不同, 其中I/I型仔猪血液中的红细胞更大, 但其血红蛋白的浓度更低, 这表明携带I/I型的仔猪有轻度的巨红细胞性贫血。
Haase B等研究发现, 白毛色的蒙塔格尼马携带原癌基因拷贝, 在该基因的p.Y717X处发生了突变, 但显性白毛色和正常毛色的蒙塔格尼马的外周血液参数之间无统计学上的显著性差异, 即对外周血液没有明显的不利影响。这一结果与现有的关于原癌基因突变对鼠和猪外周血液细胞影响的结果不同, 这预示原癌基因突变对鼠、猪和马产生的影响是不同的。
原癌基因突变是否出现贫血主要可以通过检测下列血液指标值是否发生明显改变来判定:血红蛋白浓度 (HGB) 、平均红细胞血红蛋白含量 (MCH) 、红细胞血红蛋白平均浓度 (MCHC) 、平均红细胞体积 (MCV) 、红细胞体积分布宽度 (RDW) 、血细胞比容 (HCT) 、红细胞数 (RBC) 、白细胞数 (WBC) 、血小板数量 (PLT) 、淋巴细胞 (LYM) 、单核细胞 (MON) 、中性粒细胞 (NEU) 、嗜酸性粒细胞 (EOS) 、嗜碱性粒细胞 (BAS) 。
1.3 原癌基因对猪繁殖效应的影响
有些品种猪产仔数少, 不是因为公猪精子数量少而是因为死精或有效精子太少。猪品种间产仔数差异大可能与原癌基因突变类型有关。
研究表明:原癌基因在动物生殖细胞的形成、发育和存活过程中起着重要的调控作用。原癌基因突变鼠在纯合状态下常常是致死或半致死的, 而发生原癌基因突变的猪在纯合状态下则是完全可育的、不致死的。
原癌基因在原始生殖细胞、A型精原细胞、精子细胞的顶体颗粒及精子的顶体中均有表达, 它对于进入或完成减数分裂是必需的[10]。原癌基因突变后, 睾丸中分化的精原细胞明显减少。精子的发生伴随原癌基因的阶段特异性表达, 并且其表达受严格的时空调节, 在精子发生过程中发挥决定性作用[11]。编码SCF/c-kit系统的基因位点突变, 会影响正常生精细胞的发育。原癌基因在鼠出生后的第5天开始在睾丸中分别表达为A型精原细胞、B型精原细胞、初级精母细胞和睾丸间质细胞。Fesus L等发现I/I型公猪的睾丸比I/i型和i/i型公猪的睾丸要大。
原癌基因在卵子的形成中也同样发挥重要作用, 原癌基因位于卵母细胞和内膜细胞内。原癌基因缺失的小鼠卵泡发育和卵子的发生会出现异常。原癌基因受体在卵泡发育过程中的原始卵母细胞和生长卵母细胞及卵泡膜间质细胞中表达, 而原癌基因在胚胎发育过程中的表达时间在不同的动物是一致的[12]。携带原癌基因突变基因纯合子的雌性动物大多数表现为不育 (由于卵巢中缺乏干细胞) , 表明原癌基因及其配体在卵子的形成过程中对原始卵泡的积累起重要作用。原癌基因受体在胚胎发育到7.5～13.5 d开始在原始干细胞中表达。Horie K等的研究发现, 当卵母细胞进入减数分裂期时用免疫组化法可检测到原癌基因蛋白在其中的表达, 进入减数分裂前期的双线期时停止表达。Fesus L等发现I/I型母猪卵巢的各项参数值是所有原癌基因型猪中最小的, 卵巢中退化和萎缩的卵泡数量是最多的。
1.4 原癌基因对猪正常听力的影响
猪的耳蜗内有一类专管听觉的细胞, 每个听觉细胞顶端长有细小的纤毛, 这种细胞被称之为听毛细胞。听毛细胞的底面有丰富的神经支配并构成突触, 当中耳传声装置把声波振动顺利地送入内耳, 听毛细胞通过电位变化和化学递质释放, 把机械能转换成为神经冲动, 从而产生一系列的生理性感音过程。原癌基因突变后将导致神经嵴细胞的迁移、分化而出现异常, 影响内耳神经发育, 使猪的听力出现障碍。
导致动物听力受损的原因有以下几种:①由原癌基因表达的剂量效应引起, 此类耳聋很可能是由于原癌基因发生结构突变后导致原癌基因表达量发生了改变, 使得听力下降或完全耳聋。②由于原癌基因钝化而发生调节突变, 使其调控序列丢失, 原癌基因的表达产物减少, 从而出现耳聋。③可能与原癌基因的多态性及肥大细胞和干细胞生长因子受体蛋白的表达时间、表达水平有关。猪出现耳聋常给生产带来损失, 由于母猪听力下降或听不见, 导致其哺乳护仔能力差, 易造成仔猪的伤亡。在生产上研究原癌基因异常与耳聋的关系对猪的选种育种具有重要的现实意义。
2 研究猪原癌基因的意义
(1) 可借助原癌基因的变异来阐明猪种的起源并可利用原癌基因作为分子标记来确定种猪的纯度。
(2) 通过研究猪原癌基因对毛色、造血、听力和繁殖的影响机制可获得需要的毛色表型, 培育出抗贫血、抗耳聋并具有高繁殖力的品种, 从而降低新生仔猪贫血病的发生, 提高仔猪成活率和母猪的哺乳护仔能力。
(3) 通过研究猪的原癌基因对猪毛色、造血、听力和繁殖的影响建立起研究人类花斑病、贫血、耳聋和不孕不育等疾病的动物模型, 可以进一步阐明这些疾病的致病机理, 为疾病的基因治疗提供技术支持。
(4) 对猪原癌基因的研究不但有助于了解原癌基因与猪毛色之间的遗传机制, 也有助于了解原癌基因与猪其他经济性状之间的关系。
3 猪原癌基因的研究方向
(1) 原癌基因单核苷酸突变和拷贝数变异与胚胎造血机制、听力障碍和生殖细胞发育的相关性研究。
(2) 原癌基因拷贝数变异对表型的影响及方便准确检测拷贝数变异的方法。
(3) 原癌基因等位基因的准确分型。
(4) 探索有剪接突变和无剪接突变原癌基因拷贝数之间的先后顺序对表型及其他性状的影响。
(5) KIT/KIT ligand 在不同生命时期的功能表达对猪经济性状的影响。
(6) 研究不同原癌基因等位基因间的互作对猪毛色、猪生产性能及其他性状的影响。
参考文献
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基因的影响 篇10
关键词：腺病毒,病毒核酸提取,酶切分析,病毒感染,Hirt&,apos,s方法
由于目前国内外并没有专门为腺病毒基因组提取设计的试剂盒,因此本研究首次尝试应用为PCR实验设计的普通病毒核酸提取试剂盒提取腺病毒全基因组,并与传统的Hirt's改良法进行比较,以期建立一种简单、快速且纯度高的人腺病毒全基因组提取方,具体报道如下:
1 材料与方法
1.1 材料
人7型腺病毒(HAd V-7)CQ1198毒株(Genebank号:JX625134.1)由重庆医科大学附属儿童医院分离培养并惠赠。用60 mm细胞培养皿培养A549或AD293细胞,接种培养HAd V-7CQ1198毒株,感染2~3 d后吹打细胞收集到15 m L离心管,离心半径6 cm,800 r/min离心5 min去除上清,收集病毒感染的细胞转移至1.5 m L Ep管中。
1.2 方法
分别用改进的Hirt's方法、试剂盒A(High Pure Viral Nucleic Acid Kit,Roche,批号:10227300)和试剂B(Mini BEST Viral RNA/DNA Extraction Kit Ver.5.0,Takara,批号:AK2101Y)提取HAd V-7CQ1198病毒株全基因组,提取的基因组进行限制性内切酶酶切实验、细菌内同源重组实验和转染细胞拯救病毒实验。
1.2.1改良Hirt's法提取腺病毒基因组
按文献报道的Hirt's改良法提取HAd V-7CQ1198感染的细胞中提取腺病毒基因组,主要步骤为收集的感染细胞剧烈震荡分散,加入800μL新鲜配制的裂解液(10 mmol/LTris-HCl,10 mmol/L EDTA,p H 7.5,1%SDS,100μg/m LProteinase K),37℃孵育1 h,往离心管中逐滴加入5 mol/L的Na Cl溶液200μL,混匀,冰浴1 h以上,离心半径6 cm,14 000 r/min离心5 min取上清,加入1μg RNase A处理;依次用酚∶氯仿∶异戊醇(25∶24∶1)和氯仿∶异戊醇(24∶1)抽提,取上层水相,加入1/10体积的3 mol/L Na Ac和2倍体积的无水乙醇置-20℃30 min,4℃,12 400 r/min离心5 min去上清,70%乙醇洗涤,室温干燥后溶于50μL TE溶液,保存备用。
1.2.2试剂盒A提取腺病毒基因组
按照试剂盒说明书提取病毒感染细胞内的腺病毒基因组。
1.2.3 试剂盒B提取腺病毒基因组
按照试剂盒说明书提取病毒感染细胞内的腺病毒基因组。
1.2.4 DNA定量
用紫外分光光度计(NANODROP2000c,Thermo Scientific)检测基因组DNA浓度,同时记录OD260/OD280比值;腺病毒荧光定量PCR(7500Real Time PCR system,ABI)方法检测腺病毒基因组拷贝数;为进一步确定抽提的病毒基因组DNA纯度,取2μL基因组DNA进行1%琼脂糖凝胶电泳。
1.2.5 DNA限制性酶切和凝胶电泳分析
提取的基因组DNA加入1μL RNase于37℃孵育5 min,取4μL,配制10μL酶切体系,用HindⅢ限制性内切酶(NEB)37℃酶切2 h,取5μL进行1%琼脂糖凝胶电泳。
1.2.6 病毒拯救
各取1μg提取的病毒基因组,用脂质体转染试剂(Lipofectamine TMLTX plus reagents,Invitrogen,批号:1581835)转染AD293细胞,转染8 d后收集细胞,冻融3次后转接A549细胞,观察细胞病变效应。
1.3 观察指标
观察各提取方法的耗时(min)、DNA量(μg)、OD260/OD280、基因组拷贝数;3种方法提取的病毒基因组用HindⅢ限制性内切酶酶切后行电泳,观察电泳条带;分析病毒拯救和病毒全基因组克隆构建。
1.4 统计学方法
采用SPSS 18.0统计学软件进行数据分析,计量资料数据用均数±标准差(±s)表示,多组间比较采用单因素方差分析,以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 腺病毒基因组提取的3种方法比较
3种方法都可以从细胞中有效提取腺病毒基因组,与Hirt's改良法相比,试剂盒A法和试剂盒B法只需要30 min左右,提取时间显著缩短,提取的DNA含量显著增多,基因组拷贝数更大,其中,试剂盒A法提取的DNA含量最多以及基因组拷贝数最大;3种方法各项目比较,差异均有高度统计学意义(均P<0.01)。见表1。
2.2 DNA限制性酶切分析
3种方法提取的病毒基因组用HindⅢ限制性内切酶酶切后电泳条带都很清晰,背景干净,无降解,与理论酶切图谱相符。见图1。
2.3 病毒拯救和病毒全基因组克隆构建分析
3种方法提取的病毒基因组转染AD293细胞后都能成功拯救出病毒,其中试剂盒A和试剂盒B的病毒拯救效率相似,高于Hirt's法(图2、表2)。三种提取方法拯救的病毒,其感染A549细胞的生物学特性无差别(图3)。3种方法提取的病毒基因组与穿梭载体在BJ5183感受态细菌内同源重组,全基因组克隆构建的成功次数中试剂盒法最多,与Hirt's改良法相比,提取DNA重组后菌落数试剂盒A法约3800个,试剂盒B法约9000个,菌落数显著提高,差异有高度统计学意义(P<0.01)。见表2。
3 讨论
人腺病毒(human adenovirus,HAd V)分为7组共52个血清型、68种基因型,其中1/3的腺病毒能引起成人和婴幼儿呼吸道、胃肠道、眼部等多种感染性疾病,甚至引起心肌炎、脑膜脑炎[1,2,3,4]。病毒全基因组限制性酶切分析(restrictionendonucleaseanalysis,REA)是一种简单而且花费少的腺病毒基因型鉴别的方法,广泛用于腺病毒流行病学调查研究及基因工程腺病毒的分型鉴定中。REA实验的进行需要提取高质量的腺病毒全基因组,目前国际上通行的腺病毒基因组提取方法是改良的Hirt's法,该方法虽然避免了大量培养细胞的过程,但依然耗时耗力。
从感染的细胞中提取病毒基因组的标准方法通常要求培养多达几十个T75瓶的病毒,不仅耗时长,且过程复杂[5,6,7]。Hirt's法则直接从培养的腺病毒感染细胞中抽提病毒基因组,不需要纯化病毒;改良的Hirt's方法冰浴孵育沉淀细胞基因组的时间可缩短至1 h。目前大部分商品化试剂盒是用离心柱吸附病毒基因组,优点是方法简便,不需要使用有机试剂酚/氯仿抽提;缺点是只能用于非细胞样品,这是因为是细胞样品中大量的宿主基因组不易去除[8,9,10,11],相关科研人员不得不使用Hirt's法或改良Hirt's法。目前市售的可直接从细胞样品中提取病毒基因组的商品化的试剂盒较少,提取的病毒基因组一般用于PCR或RT-PCR,对于其他用途鲜有报道[12,13,14]。本研究购买了来源于两间不同制造商的试剂盒,进行腺病毒基因组提取实验,以期替代传统Hirt's提取方法[15,16,17,18,19,20,21]。
本研究首次用这两种试剂盒提取HAd V-7基因组,结果表明两种试剂盒均可以快速、简便、有效的从腺病毒感染细胞中提取病毒基因组,整个过程仅需30 min左右,没有使用有机试剂酚/氯仿,而且提取的病毒DNA量更多,从60 mm培养皿中可以提取多达15~35μg的病毒基因组DNA,是Hirt's方法提取量的3~7倍。这两种试剂盒也可用于从细胞样品中提取其他种类的病毒全基因组,如疱疹病毒全基因组等。本研究用两种试剂盒方法提取的腺病毒DNA完整性好,可以用于限制性内切酶酶切实验,从60 mm培养皿中提取的病毒DNA可以进行多达35次酶切反应(1μg/次),而Hirt's法可能只能进行5次左右的酶切反应。两种试剂盒方法和Hirt's法提取的腺病毒基因组都可以用于转染实验和细菌内同源重组实验,但试剂盒方法所获得的菌落数更多。
基因的影响 篇11
关键词 磷素水平 ；甘蔗 ；基因型 ；根系性状
分类号 S566.1
磷是植物生长发育所必需的大量营养元素，它不仅是植物体的组成成分，也是植物体内能量载体的主要组分和提供者，在植物的光合作用、呼吸作用、糖分代谢、酶促反应和生理生化调节过程中起着至关重要的作用[1]。由于磷容易被土壤固定，且扩散系数很小，因此土壤磷的作物有效性很大程度上取决于作物根系的生物学特性，如根长、根半径、根系比表面积、根构型及根分泌物等[2-3]。根系是构成植物体的主要部分，也是植物与外界环境进行物质和能量交换的场所，其分布特征反映了植物对环境的利用程度。植物根系可通过一系列的形态、生理变化主动适应低磷胁迫并改善自身的磷素营养状况。在缺磷逆境中，植物通常为寻求磷源，根系发育增强、伸长，侧根的长度和密度都增加，以加强对磷的吸收[4-5]。在玉米、小麦、大豆等作物中已发现植物可在磷胁迫下通过对根毛的分化、侧根与不定根的发生、根冠比增加与根轴增长等方式改变自身根系形态和根系构型来提高对低磷环境的适应[6-7]。
以往对甘蔗的研究主要集中在磷对甘蔗叶的营养、生理、产量、品质和土壤养分等方面，而有关施用磷肥对甘蔗根系性状的影响鲜有报道。鉴于此，本试验研究不同磷水平对不同基因型甘蔗的根系形态特征、理化特性的影响，以期为甘蔗合理施磷提供理论依据，同时探讨磷对甘蔗根系生长发育的影响及其重要性，为磷高效基因型甘蔗的筛选和遗传改良提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料
供试甘蔗品种组培苗：新台糖22号、粤糖00-236和粤糖93-159（以下简称ROC22、YT00-236、YT93-159）。
供试基质：粒径为0.6～2 mm的粗细适宜的河砂，用清水淘洗去除泥土和粉砂，然后用盐酸洗涤（使试验过程中不从砂中向培养液中溶解出盐类且不吸附盐类），用自来水清洗至中性，最后用去离子水清洗2次。
营养液配制：依据甘蔗对N、P、K的吸收特性对Hoagland 营养液配方进行适当改良。KNO3 252 mg/L，Ca（NO3）2·4H2O 506 mg/L，MgSO4 246 mg/L，ZnSO4·7H2O 0.21 mg/L，CuSO4·5H2O 0.1 mg/L，H3BO3 2.86 mg/L，（NH4）6Mo7O24·4H2O 0.01 mg/L，MnCl2·4H2O 1.81 mg/L。铁盐溶液（需单独配制）：FeSO4·7H2O 7.95 g，EDTA·Na 9.3 g，蒸馏水500 mL，稀释1 000倍。KH2PO4 139 mg/L（单独配制），分别稀释1、10、100倍。
1.2 方法
1.2.1 试验设计
试验于2009年8月26日在广东海洋大学兴农楼5楼玻璃温室进行。试验设置3个甘蔗品种（ROC22、YT00-236、YT93-159），4个磷水平（0、0.01、0.1、1 mol/L，以下简称P0、P1、P2、P3），共12个处理，每个处理重复4次，总共96桶。每桶装砂1.5 kg，砂桶底部留有小孔，浸入盛装营养液的桶5 cm深。选用20 cm左右、长势均匀的甘蔗组培苗移植（移苗应在10：00 a.m.前或17：00 p.m.后进行），每桶移栽2株。试验均按照温室试验管理，每天按时补充去离子水至营养液为种植时的水平，防止由于水分减少而导致营养液的养分浓度改变，调节营养液的pH值至6.0，每周更换1～2次营养液。在移栽30～40 d后，收获并测定各个根系的性状。
1.2.2 测定项目及方法
（1）植株生物量的测定：采用烘干测重法，首先将地上部与根部分别称取鲜重，然后在105℃下杀青，而后在60℃下烘干至恒重，再分别称重。
（2）根系形态的测定方法：将植株根系鲜样充分清洗整理后，运用数字化扫描仪将根系图像扫描存入电脑，再利用根系图像分析软件对根图像进行分析，最后获取根长、根尖数、根体积等根系形态参数。
（3）根系活力的测定：分别将侧根根尖的根毛区切断，称取不同处理相同部位侧根根毛区0.5 g，具体测定方法采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法。以μg TTF/（g FW·h）为单位表示活力大小。
（4）根系总吸收面积和活跃吸收面积的测定：用量筒排水法分别量取不同处理相同部位侧根根毛区鲜样1.0 mL，具体测定方法采用甲烯蓝法。
（5）根系ATPase活性的测定：参照Chen等[8]的方法。
1.3 数据处理
采用Microsoft Excel 2003和SPSS（V17.0）软件对数据进行统计分析，利用Duncan法进行多重比较，显著性水平α=0.05。
2 结果与分析
2.1 磷水平对甘蔗生物量及根冠比的影响
由表1可见，施磷使甘蔗生物量明显增加，根部重和地上部重均与磷浓度的变化呈正相关。随着磷浓度的增加，生物量呈上升的平滑曲线变化，YT93-159的增加量明显最高，ROC22次之，YT00-236最低。说明施磷对甘蔗生物量的积累有显著的促进作用。YT93-159的生物量既与品种遗传特性有关，也与其对磷的利用效率有关。
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根冠比的变化被认为是植物对低磷的耐受机制之一，是植物对低磷胁迫适应性反应和耐低磷能力的标志[6]。中国对小麦、油菜、玉米、水稻等的研究结果也表明，缺磷时，不同作物品种间的地上部分干重变化很大，磷高效品种的根冠比远大于磷低效品种[6，9-10]。从P0处理到P1处理，YT93-159、ROC22、 YT00-236的鲜重根冠比依次下降26%、1%、12%，干重根冠比依次下降17%、6%、10%。初步说明，YT93-159在低磷环境下仍能保持正常的生长速度，属于耐低磷品种。从P0处理到P3处理，YT93-159、ROC22、YT00-236的鲜重根冠比依次下降67%、53%、42%，干重根冠比依次下降25%、51%、31%。随着施磷量的增加，各处理品种的根冠比呈下降趋势。这说明光合产物在分配方向和强度上随磷素水平的改变而变化，高磷供应使光合产物分配到地上部的比例增大，以促进茎叶的生长发育，提高作物产量；缺磷或低磷胁迫使光合产物分配到地下部的比例增大，以促使根系发达，扩大与土壤的接触面积，从而提高根际养分有效性。而YT93-159的生长速度比较快。在低磷环境下，YT93-159的生物量最大，干重根冠比最小。由此可见，YT93-159对磷素反应敏感，能有效利用土壤中的磷素增加根重。
2.2 磷水平对甘蔗根系形态的影响
由表2可知，YT93-159在低磷条件下，根系生长得更好；ROC22和 YT00-236则是随着磷水平的提高，根系生长得更好。但超过一定的磷浓度，根系的生长则受到抑制，尤其在YT93-159上表现的更加明显。总之，施磷可促进根系的生长。
植物一般仅能吸收距根表面1～4 mm根际土壤中的磷[11]。植物受低磷胁迫时，根系发育加快，以缩短磷离子扩散到植物根的距离和扩大根系的吸收面积。植物适应低磷胁迫的一个重要的反应就是改变根系的生长及构型[12]。本试验中，在P0和P1处理下，各基因型品种的根系各项形态指标值明显增加，尤其YT93-159在各处理中表现得更加明显。在P1处理下，YT93-159除根尖数和须根数仅次于ROC22外，其余数值均比相同磷水平的ROC22和 YT00-236高，并且在YT93-159的所有磷水平处理中排在第1位，可见，低磷胁迫下，YT93-159的根系生长反而更加好，说明YT93-159可能是耐低磷品种，低磷胁迫使其根系发达，以吸收更多的养分来维持正常的生长。因此，YT93-159耐低磷能力最强，ROC22次之，YT00-236最低。因为根直径与磷的吸收效率呈反比，在根重相同情况下，根越细，磷的吸收效率越高[13]；而其他根系性状如根长、侧根数、须根数等均与磷吸收效率呈正比，表明低磷促进YT93-159根系的生长，高磷则抑制根系的生长。
2.3 磷水平对甘蔗根系活力的影响
2.3.1 根系TTC还原量的差异
植物根系是活跃的吸收器官和合成器官，根的生长状况和活力水平直接影响地上部生长、营养状况及产量水平。根系活力大小一定程度上反映了作物吸收养分能力的强弱，一般情况下，根系活力越高，吸收养分的能力越强。根系TTC还原量通常作为衡量根系活力大小的有效指标。由表3可知，各基因型的TTC还原量均随着磷水平的提高而增加，根系活力也呈上升趋势，并且在P3达到最大值，说明磷可提高根系活力。此外，YT93-159在各个磷水平中根系活力最大，尤其在低磷条件下表现得更加明显。ROC22和 YT00-236在P0与P1处理时，差异并不明显，而在P2与P3处理时，ROC22的TTC还原量与根系活力明显高于YT00-236。
2.3.2 根系吸收面积的差异
根系吸收面积的大小反映了根系吸收养分能力的大小，而且活跃吸收面积是根系代谢活性的重要参数。由表4可知，各基因型甘蔗根系吸收面积随磷浓度的升高有一定的下降趋势，且呈显著性差异。不同基因型甘蔗在相同磷水平处理下根系吸收面积无显著性差异。以所有处理的根体积为1 cm3计算，从P0处理到P3处理，YT93-159、ROC22、YT00-236的根系总吸收面积依次降低为5.04%、4.79%、3.33%，根系活跃吸收面积依次降低为3.84%、4.73%、3.25%。这表明无磷或低磷供应能在一定程度上提高根系的吸收面积，此结果与前述低磷对根系性状的影响一致。由于根系吸收面积的增大，使得根系对营养物质的吸收量增多，促进壮苗的形成和植株的正常生长发育。
根系活力表征根系的代谢状况，是反映根系吸收矿质元素和水分能力的重要指标，根系活力强，则根系吸收能力强，提供给植株地上部的养分和水分即多。根系总面积和TTC还原量可反映根系吸收水分、养分能力的大小，而活跃吸收面积则能在一定程度上反映根系的活力状况。由表3和表4可知，磷在一定程度上减少了根系吸收面积，却显著地提高了根系活力，使所有品种都显示同一趋势。施磷可提高根系TTC还原量，从而增加根系对磷素的吸收，提高根系活力，使根系的水分和养分吸收得到保障。
2.4 磷素对甘蔗根系ATPase活性的影响
ATPase在根吸收离子中具有重要作用，是离子运输的主要驱动力，根系生长好坏与ATPase活性高低密切相关[14]，ATPase活性的增强是根系代谢旺盛的重要标志。本试验结果表明，磷对根系ATPase活性产生显著的影响。由表5可见，从P0到P3，YT93-159、ROC22、 YT00-236的ATPase活性依次提高了4.11、3.12、3.47倍。P0与P1之间ATPase活性差异并不显著，到P2时出现显著差异，P3时出现极显著差异。所有的根系ATPase活性均表现出随供磷水平的提高而增强的趋势，说明供磷能提高根系的吸收能力和能量代谢的水平，磷对ATPase活性具有重要的促进作用。此外，在不同磷水平处理下，YT93-159的ATPase活性最高，ROC22次之，YT00-236最低。因此，YT93-159根系对养分的吸收较强，具有较强的生理活动能力，根系新陈代谢也较为旺盛。
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3 讨论与结论
根系是作物吸收水分和养分的重要器官，也是较先感受并传导养分胁迫信号的器官，尤其对磷的亏缺反应敏感。磷胁迫条件下，作物地上部的光合产物向根部转移量相对增加，使根冠比增大[15]。杨瑞吉等[16]的研究结果发现，不同基因型小麦开花期的根干重均随施磷量的增加而增加，磷胁迫下根数量增加，根系变长，根半径减小，以适应低磷逆境。在本研究中，甘蔗也会通过改变其根构型与各种根系性状等来适应低磷胁迫，各基因型甘蔗在P0和P1（0.01 mol/L）处理下，根长、根表面积、根投影、根体积、根尖数、侧根数、根尖数均明显增加，根平均直径减小，地上部生长受抑制，根冠比显著提高。随着供磷水平的提高，只有ROC22的各根系指标值相应地增大，YT00-236和YT93-159的根系生长却受到不同程度的抑制。这与王建霄等[17]的研究结果一致，即随着磷浓度的增加，橡胶树幼苗1～4级根的平均长度、数量和总长度随着供磷浓度的增加，呈先上升后下降的趋势。
高磷供应下（1 mmol/L），各基因型甘蔗的干物质积累都达到最大值，积累量大小为YT93-159>ROC22>YT00-236。这与曹爱琴等[18]研究结果不同基因型菜豆在高磷处理条件下其生物量和吸磷量均高于低磷处理的观点相类似。此外，高磷在一定程度上抑制根系的生长，从而使光合产物向地上部运输，降低了根冠比。同时，TTC还原量明显增大，根系活力和ATPase活性明显增强。
刘灵等[19]发现，在低磷处理下供试大豆基因型间生物量和产量具有极显著的基因型差异，且根形态、构型与磷效率密切相关。另有研究为表明，植株根冠比、根长的增加被认为是植物适应低磷胁迫的特征，在低磷条件下，根冠比、根长增加显著的物种或基因型具有较好的低磷适应性[20]。与正常供磷相比，低磷处理条件下山核桃根长、根表面积和根体积显著降低[21]。本试验结果表明，YT93-159在低磷胁迫下，根平均直径最小，而根长、根尖数、侧根数、根表面积等都达到最大值，并且根系生长明显发达，由此推断，YT93-159与ROC22、YT00-236相比，苗期相对耐低磷。由于在各个磷水平处理下，YT93-159的生物量、根长、根体积、平均直径、根系活力和ATPase活性等均高于ROC22与 YT00-236，YT93-159的磷利用效率最高，ROC22次之，YT00-236最低。笔者还发现，在各个磷水平下，植物根系的活跃吸收面积无显著差异，始终保持在49%左右，这说明一定范围的根系活跃吸收面积是甘蔗生长的必须保障。
综上所述，低磷胁迫在一定程度上促进了甘蔗根系的生长，适当供磷，促进地上部生长，降低根冠比，有利于生物量的积累，增强根系活力，使得根系代谢增强，因此磷对甘蔗的生长至关重要。目前，磷在土壤中的难溶性和难移动性决定了围绕提高根际磷的溶解性、扩展根系的吸收范围的研究始终是工作的核心。磷效率的广泛变异性给人们以启示，培育磷高效的作物品种具有巨大的潜力[22]。
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基因的影响 篇12
1 测序技术发展的历史
1. 1 第一代测序技术
第一代DNA测序技术以桑格( Sanger) 和考尔森( Coulson) 1975 年开创的链终止法和1976—1977 年马克西姆( Maxam) 和吉尔伯特( Gilbert) 发明的化学法( 链降解) 为主要代表［1］。而在2001 年,利用改进的Sanger法完成了首个人类基因组图谱,其中还有一些其他测序技术［3］。这一时期测序技术的主要特点是测序读长可达1 000 bp,准确性高达99. 999 % ,但其测序成本高、通量低等方面的缺点严重影响了其真正大规模的应用。
1. 2 第二代测序技术
由于第一代测序技术具有测序成本高、通量低等缺点,经过开发和改进,出现以Roche公司的454 技术、Illumina公司的Solex技术和ABI公司的Solid技术为标记的第二代测序技术。2005 年,454 Life Sci-ences公司首先推出基于第一代焦磷酸测序法,利用Sanger法中的可中断DNA合成反应的d NTP作为核心技术的超高通量基因组测序系统,开创了第二代测序技术的先河［1］。第二代测序技术是目前转录组或基因组测序的主要技术手段,不仅大大降低了测序成本,还提高了测序速度,缩短了测序时间,并保持了高准确性。
1. 3 第三代测序技术
近年来,出现了以Pac Bio公司的SMRT和OxfordNanopore Technologies纳米孔单分子测序技术为代表的第三代测序技术,与前两代测序技术相比,最大的特点就是单分子测序,测序过程无需进行PCR扩增。目前,还有一种基于半导体芯片的新一代革命性测序技术———Ion Torrent6,通过感受核苷酸聚合到延伸DNA链上时反应池中p H值的变化来测序,适合小基因组和外显子验证的测序。
2 瘤胃元基因组文库的构建
2. 1 元基因组文库的发展
瘤胃是一个复杂的微生物系统,目前在瘤胃中发现的微生物有200 多种,约有30 种占主导作用,主要包括古生菌、细菌、厌氧真菌及原虫等几大类［4］。人们对瘤胃微生物的研究经历了三个阶段: 对瘤胃微生物分离培养、鉴定和计数; 对瘤胃微生物进行纯培养,研究与之相关的生理学特性; 将瘤胃作为一个生态系统进行研究［5］。由于瘤胃中微生物的种类多,绝大多数微生物是不可培养的,现在真正能培养的微生物约占瘤胃微生物总量的1 % ,并且代谢功能也未知,同时还有许多微生物的基因是未知的,因此通过构建基因文库,以便于对已知微生物的特性和功能进行研究是一种比较有效的手段。基因文库一方面可以直接通过对总DNA酶切构建; 另一方面可以通过PCR扩增某一片段构建某一基因组文库。
2. 2 元基因组文库构建的程序
瘤胃微生物的种类繁多,在构建元基因组文库的过程中,一般按照以下几个步骤进行: 对所有瘤胃微生物总DNA提取; 目的基因转入载体及转化; 元基因文库筛选鉴定; 序列分析筛选法等四个步骤。
瘤胃微生物总DNA的提取分为前期处理和DNA提取两个过程,其中前期处理一般参照P. P.Chaudhary等［6］的方法,具体如下: 从- 80 ℃ 冰箱取出100 m L瘤胃液与内容物的混合物,室温解冻后用生理盐水洗涤2 次,并用四层纱布过滤,滤液经过离心去除沉淀; 将液体转移至离心管中,加入适量二氧化硅珠磨,离心并将上清液转移至另一离心管中; 加入CTAB裂解液、β - 巯基乙醇、蛋白酶K,在70 ℃条件下孵育,冰浴离心; 然后参考V. R. Gabriela等［7］的方法,即利用氯仿/异戊醇提取总DNA,提取的总DNA于- 20 ℃ 冰箱中保存,备用。在目的基因转入载体及转化时,应根据目的基因的读取长度选择合适的载体,以保证达到最佳效果。目前,大多数瘤胃微生物目的基因转入的载体都是BAC,有一部分是Fos-mid,只有极少数是其他载体。赵圣国等［8］从荷斯坦奶牛瘤胃微生物中提取了大小为2 Mb的DNA,经Hind Ⅲ不完全酶切后得到20 ~ 100 kb DNA片段,将其与p CCIBAC载体连接,转化E. coli EPI300 后得到产物。
元基因组文库的构建就是为了获得所需的目的基因,并且能快速发现新的基因挖掘新生物。目前,常用于元基因组文库筛选的方法有三种: 功能基因筛选法能快速鉴定文库克隆的功能基因,而不依赖于DNA序列［9］; 序列分析筛选法不需要依赖宿主菌株表达克隆的目的基因,并且对保守基因序列的功能筛选特别有效,大大提高了筛选效率; 底物诱导基因表达筛选法的优点是节约时间与成本,并且可以根据底物推断筛选出分解酶的基本功能［10］。U. Taku等［11］使用该克隆表达载体对含有152 000 个克隆的红基因组文库进行SIGEX分析,以苯甲酸和萘作为底物,诱导插入片段为7 kb碱基,从而筛选出58 个苯甲酸降解阳性克隆和4 个萘降解阳性克隆。这三种筛选方法都有相应的缺点,因此需要根据试验需要进行选择。
3 高通量测序在元基因组文库构建中的应用
高通量测序技术是在全基因组中应用全基因组测序时产生的,使越来越多的物种基因组信息得到公布,对更全面细致地了解一个物种的基因调控、物种进化、基因组成等方面有重大意义。
元基因组是指某一特定环境中全部微生物的总DNA,元基因组技术是将样品中的总DNA提取出来后,利用适宜的载体克隆到宿主细胞中以构建元基因组文库,再从中筛选新的活性物质的技术。在元基因组技术中,文库的建立有很多种方法,其中BAC文库具有插入片段大、转化效率高等优点,可将复杂的基因用远程顺式作用元件一并转入受体生物中,使转化基因在一定范围内接近于自然菌株状态,从而降低了转化基因沉默的可能性,并提高基因时空表达研究和找到相互作用基因簇的可能性,加强对未培养微生物的代谢和相互作用的认识。研究表明,瘤胃与其他生态环境一样,其中存在大量未培养微生物,利用元基因组手段对其基因的研究是近年来的热点。
最初宏基因组建立的主要目的是研究未培养微生物和原始DNA,后来用此方法研究了一系列微生物多样性,如土壤、海洋、植物、动物、屠宰场等的微生物群。王加启等人从瘤胃微生物中提取得到大小为2 Mb左右的混合微生物DNA,构建了BAC元基因文库,其中该文库平均插入片段大小为54. 5 kb,空载体率小于2 % ,库容为837 Mb,共保存15 360 个克隆［12］。G. Z. Wang等［13］从山羊瘤胃内容物中提取DNA,构建宏基因文库,分析了糖基水解酶家族( GH) 10 和11 的木聚糖酶基因的多样性,其中有7个序列与真菌的木聚糖酶联系紧密。目前,构建瘤胃微生物的宏基因组也是一个研究热点,研究的目的是更全面地了解瘤胃微生物的各项功能。
4 元基因文库构建与高通量测序的比较
在元基因文库的构建过程中存在许多问题,根据现在已有的基因文库,它们的储存片段都比较小,但是在测序时费用少,结果分析快,数据量小。高通量测序技术可以一次测出几百到几十万的基因片段,省时,但结果的数据量大,分析困难。因此,在实际试验过程中应该根据所需目的片段的大小,决定采用哪种测序方法,如果是小片段就用基因文库构建方法,全基因或大片段就用高通量测序,可将两种方法结合在一起使用。
5 展望