摘要：转基因技术是现代生命科学领域的前沿生物技术之一，该技术主要是将一个物种A的优良特定基因转移到另一个物种B中，以赋予后者物种B新的遗传特征。该技术的应用已广泛扩展到动物、农业作物、医药和环境管理等领域，特别是在生产转基因食品方面尤为受到人们的关注。所谓转基因食品
转基因技术是现代生命科学领域的前沿生物技术之一，该技术主要是将一个物种A的优良特定基因转移到另一个物种B中，以赋予后者物种B新的遗传特征。该技术的应用已广泛扩展到动物、农业作物、医药和环境管理等领域，特别是在生产转基因食品方面尤为受到人们的关注。所谓转基因食品就是指那些含有通过基因工程改造的生物材料的食品，这些食品的开发旨在提高作物的产量、抗性和营养价值。例如，通过插入特定的抗虫或抗病毒基因，转基因作物可以更有效地抵抗疾病和害虫，减少农药的使用，并可能对环境产生较少的负面影响。尽管转基因食品提供了增强食品安全和改善农业可持续性的潜在优势，但它们也引发了公众健康和环境安全的广泛讨论。
人工转基因技术（transgene technology, 图1）的原理是利用现代分子生物学技术，人为的分离或修饰具有特定遗传性状的优质目标基因，然后将其通过特定的方法和途径导入到受体生物体的基因组中，由于导入基因的表达会引起受体生物体的特定性状发生可遗传的修饰改变，从而达到改造受体生物特性、获得新的生物体的目的。通过人工转基因技术获得的生物体称为：“遗传修饰过的生物体”（enetically modified organism，简称GMO）。这种基因工程总结起来主要涉及四个步骤：目标基因的识别和克隆、载体选择和基因插入、转化以及目的基因的检测与表达（Shou et al., 2002）(图1)。以下是详细的步骤：
（1）目标基因的识别和克隆
首先，识别并选取具有期望性状的关键基因。这些基因可能来自同种或不同种的生物。然后使用分子克隆技术将其从原始DNA中分离出来。
（2）载体的选择和基因的插入
为了将目标基因成功转入宿主生物，需要选择合适的载体（如质粒、病毒、或人工染色体）。载体是一种可以携带外源基因并将其引入宿主细胞的DNA分子。目标基因被插入到载体的特定位置，通常通过酶切和连接反应实现。
（3）转化
将含有目标基因的载体引入宿主细胞的过程称为转化。这可以通过多种方法实现，例如：电穿孔（利用电冲击使细胞膜暂时孔化）、基因枪（通过高速微粒携带DNA直接穿透细胞壁）和农杆菌介导的转化（利用一种自然能将DNA转移到植物细胞中的细菌）。
（4）筛选和表达
转化后，需要从大量处理过的细胞中筛选出成功整合了外源基因的细胞。这通常通过抗性标记（如抗生素抗性）来实现，只有成功整合了外源基因的细胞才能在含有抗生素的培养基中生长。随后，通过各种分子和生物学检测确认外源基因在新宿主中的正确表达和功能。
图1. 人工转基因的基本过程原理（陈宏《基因工程》2020）
1983年，美国科学家利用人工转基因技术获得了世界上第一例转基因植物--含有抗生素药类抗体的烟草（图2）。随后，1992年中国科学家首先在大田生产上种植抗黄瓜花叶病毒转基因烟草，成为世界上第一个商品化种植转基因作物的国家。目前，人工转基因技术已被应用到了多种主要的农作物中，并取得了可观的成果，如水稻、大豆、玉米（表1）。
图2. 世界上第一例转基因植物烟草
单位作物种类品种数量华中农业大学水稻Bt汕优63、华恢1号2杭州瑞丰生物科技有限公司玉米瑞丰125、浙大瑞丰8、nCX-13北京大北农生物技术有限公司玉米DBN9936、DBN9858、DBN9501、DBN3601T4北京大北农生物技术有限公司，中国种子集团有限公司大豆DBN90041中国林木种子集团有限公司、中国农业大学玉米Bt11×GA21、Bt11×MIR162×GA21、GA213中国林木种子集团有限公司、中国农业大学玉米ND2071上海交通大学大豆SHZD32011中国农业科学院作物科学研究所大豆中黄61061根据农业农村部历年公告整理，数据截至2022年6月1日
动物的所有表型都是由与之相关的主效基因所调控，例如生长素基因、高泌乳量基因、多产基因、瘦肉型基因、抗寄生虫基因以及抗病毒基因等特殊功能性基因，通过将这些关键的功能基因的利用，可以培育成生长周期短、产仔量多、泌乳量和蛋白含量高的转基因动物新品种。同时，还可以促使转基因动物新品种其所生产的肉类口感、加工性能和皮毛品质更好，并使新品种动物具有抗病性，提高生存效率，目前转基因动物技术已经在牛、羊、猪、鸡、鱼等家养经济类动物中取得了显著的成果。
1988年，澳大利亚科学家Scammark教授利用人工转基因工程技术将猪生长激素基因注入到猪的受精卵中，成功诞生了世界上第一个“超级猪”（图3），这是转基因动物技术在家畜基因工程育种领域里的里程碑式的突破。紧接着，1996年7月5日，英国发育生物学家界伊恩.威尔穆特教授成功培育出了世界第一只克隆羊，并起名“多利”（图3），它被美国《科学》杂志评为1997年世界十大科技进步的第一项，成为当年最引人注目的国际新闻之一。至此，开启了转基因技术在家养动物中的推广和应用。
图3. 转基因组（左）和克隆羊（右）
基因编辑是一种精确的分子生物学技术，它允许人们在特定的基因位点上直接修改DNA序列，这种技术对转基因技术的发展产生了深远的影响，主要表现在以下4个方面：
（1）精确性高：基因编辑技术，特别是CRISPR-Cas9系统，相比传统的转基因方法，能够实现更加精确的基因修改。这种精确性使得科学家可以准确地添加、删除或更改特定基因序列，而不影响其他基因，从而减少了非目标效应和意外突变的可能性。
（2）操作流程简单：基因编辑技术简化了基因修改的操作流程。传统的转基因技术需要使用载体将新基因导入宿主细胞，而基因编辑技术如CRISPR则可以直接在细胞内部进行操作，不一定需要外来的载体，从而简化了实验步骤并减少了操作所需的时间和成本。
（3）效率显著提高：基因编辑技术提高了基因修改的效率。例如，CRISPR技术可以在多个基因位点同时进行编辑，这对于需要同时改变多个性状的复杂生物系统尤其有用。
（4）应用范围广泛：基因编辑技术的发展极大地扩展了转基因技术的应用范围。不仅用于农业生物育种和改良（图4），基因编辑还被广泛应用于医疗、生物制药、工业生物技术等领域。
图4. 基因编辑技术在农作物和家养动物中的应用（图片来自网络）
转基因食品（Genetically Modified Foods，简称GM Foods）是指通过现代生物技术手段，特别是通过直接修改食品原料的遗传物质（DNA序列）以期获得某些特定的优良性状，进而人类可以利用的食品。在粮食作物和经济作物方面，在这类食品的开发和应用在全球范围内引起了广泛的关注，主要因其潜在的提高作物产量、改善营养价值、增强病虫害抵抗力和适应环境变化的能力。在动物食品方面，可以提高生产效率、改善肉质、增强疾病抵抗力或改变生长速度等。
然而，转基因生物仍然存在广泛的讨论。首先是健康问题：尽管目前没有确凿证据表明转基因食品对人类健康有害，公众对可能的长期健康影响仍有广泛担忧。其次是生态和环境影响：转基因生物如果管理不当可能会引入到非转基因物种或野生亲缘种中，引起基因污染。生物多样性：转基因生物可能导致原有生态系统中的生物多样性减少。最后就是伦理问题，转基因技术在动物上的应用引发了关于动物福利的伦理问题，尤其是关于动物是否应承受基因修改带来的风险和痛苦。
人工转基因技术所带来的潜在好处巨大，包括提高食品供应、减少资源消耗和改善动物健康。然而，要使这些技术得到广泛应用和接受，科学家、政策制定者、产业界和公众需共同努力，解决技术挑战，充分评估潜在风险，处理伦理和法律问题，并通过透明和负责任的方式促进信息的公开和讨论。所有这些努力将是推动转基因动物食品可持续发展的关键。
[1] 叶艳玲. “什么是转基因食品?”. 中国科技术语 15.5(2013):1.
[2] Shou, H., Palmer, R. G., and Wang, K., 2002, Irreproducibility of the soybean pollen-tube pathway transformation procedure, Plant molecular biology reporter., 20(4): 325-334
[3] Jaenisch, R. Germ line integration and Mendelian transmission of the exogenous Moloney leukemiavirus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 73,4 (1976): 1260-1264.
[4] Hammer, RE et al. Production of transgenic rabbits, sheep and pigs micro-injection. Naturevo. 315,6021 (1985): 680-3.
[5] Shakweer, WME et al. A review of transgenic animal techniques and their applications. J Genet Eng Biotechnol. 2023, 21(1):55.
[6] Doudna, J.A., and Charpentier, E. Genome editing. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science. 2014, 346, 1258096.
[7]. Martin Pacesa, Oana Pelea, and Martin Jinek, Past, present, and future of CRISPR genome editing technologies, Cell 187, 2024.
[8] Marek Marzec, Goetz Hensel, Prime Editing: Game Changer for Modifying Plant Genomes, Trends Plant Sci. 2020, 25(8):722-724.
[9] ISAAA. Global status of commercialized biotech/GM crops in 2019. ISAAA Briefs. 2019, 53.
[10] Raman R. The impact of Genetically Modified（GM）crops in modern agriculture ：A review. GM Crops & Food, 2017, 8(4):195-208.
来源：永不落的红黑心