■伍國耀

(美國德克薩斯州農(nóng)工大學(xué)動(dòng)物科學(xué)系，大學(xué)城 77843)

豬肉為消費(fèi)者提供高品質(zhì)的動(dòng)物性蛋白質(zhì)，并且在中國和美國、加拿大、日本、歐盟等其他國家深受大眾的喜愛。任何品種豬的生產(chǎn)性能（如：生長速率、飼料效率、產(chǎn)仔數(shù)和肉品質(zhì)）均取決于基因（DNA分子和遺傳物質(zhì)的功能單位）、環(huán)境因素（如：營養(yǎng)、環(huán)境溫度、毒素和疾?。?，以及基因與環(huán)境的互作（圖1）?；颍ɑ蛐停┦秦i的生長、泌乳、繁殖和其它生產(chǎn)性狀的基礎(chǔ)。然而，只有在有利的環(huán)境條件下，例如最佳的營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)（能量、氨基酸、碳水化合物、維生素和礦物質(zhì)）、舒適的環(huán)境溫度、高品質(zhì)空氣和潔凈的飲用水，基因才能表達(dá)出理想表型。

豬肉生產(chǎn)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)豬的繁殖、泌乳、生長（包括骨骼肌中蛋白質(zhì)增加）和抗病能力的遺傳潛力，同時(shí)防止白色脂肪組織的過度沉積以及減少氮和礦物質(zhì)等廢物的排泄（Wu等，2014）。在過去的60年里，不斷改良的動(dòng)物育種、營養(yǎng)和管理，極大的提高了豬肉的生產(chǎn)效率；例如，Boyd等（2012）報(bào)道，美國生長豬料重比[飼料消耗量（kg）/胴體增重（kg）]從1959年的6.6下降到2009年的4.4，在期間的50年里下降了33%；同時(shí)碳排放量（kg CO2e/lb胴體）下降了35%。然而豬產(chǎn)業(yè)仍面臨諸多挑戰(zhàn)，首先，豬胚胎死亡率高、宮內(nèi)生長受限和斷奶仔豬死亡率高（Ji等，2017）；第二，日糧能量易被用于生長肥育豬的皮下白色脂肪組織的自發(fā)和快速沉積（Wu等，2018）；第三，豬對植物性蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和纖維的消化能力較弱；第四，豬（尤其是妊娠期、泌乳期、生長期和繁殖期）對熱應(yīng)激和傳染病的高度易感性；第五，豬生產(chǎn)中迫切需要抗生素的替代品（Yu等，2018）。因此，需要不斷提高飼料利用效率、降低生產(chǎn)成本，以提高全球豬肉產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。解決這些問題的重要方法之一是使用新的生物技術(shù)，包括克隆、基因工程（獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物）、基因編輯、疫苗生產(chǎn)和飼料原料的微生物發(fā)酵。

圖1 基因在豬的生長、發(fā)育、泌乳、繁殖和健康中發(fā)揮的作用

1 染色體、基因和等位基因

細(xì)胞是動(dòng)物、植物和微生物的基本單位，對細(xì)胞的認(rèn)識(shí)是理解生物技術(shù)的必要條件。動(dòng)物細(xì)胞和細(xì)菌包含細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核，然而大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞還包含線粒體。在動(dòng)物體內(nèi)，日糧營養(yǎng)物質(zhì)和生物能的轉(zhuǎn)化需要細(xì)胞質(zhì)和線粒體（主要?jiǎng)恿κ遥┑膮⑴c；然而在細(xì)菌內(nèi)，這一過程僅在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)通過糖酵解作用完成。能量供應(yīng)對于細(xì)胞的完整性和功能具有重要作用。細(xì)胞核一是DNA合成和存儲(chǔ)的場所；二是含有攜帶長鏈DNA分子和相關(guān)蛋白的染色體；三是DNA引導(dǎo)RNA合成的場所；四是控制蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞增殖的場所。因此，細(xì)胞核對于開發(fā)新的生物技術(shù)用以改變蛋白質(zhì)（包含酶和細(xì)胞組分）和多肽（包含疫苗和抗菌劑）的生產(chǎn)具有重要意義。

家豬有38條染色體，排列為19對（每對2條染色體，分別來自父母本），包括一對性染色體（雌性的XX染色體和雄性的XY染色體）。這和人類有23對染色體形成對比（總共46條染色體）。每條染色體包含不同的DNA片段（即遺傳的基本單位：基因）供細(xì)胞進(jìn)行蛋白合成，從而控制生物體的功能。DNA雙螺旋分子由脫氧核糖、磷酸和堿基：腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）組成，堿基通過離子鍵進(jìn)行配對（A-T和 G-C）。豬的整套染色體包含了它的所有基因（即為基因組），它的一個(gè)特征是由位于染色體對的相同位置（基因位點(diǎn)）的兩種形式的同一基因（等位基因）所控制，從父母那里各遺傳一個(gè)等位基因。等位基因的顯隱性控制單一性狀，這為保護(hù)豬的遺傳物質(zhì)和插入新基因提供了基礎(chǔ)。

數(shù)量性狀位點(diǎn)（quantitative trait locus,QTL）是與表現(xiàn)型（如增長率、窩產(chǎn)仔數(shù)和產(chǎn)奶量）變異相關(guān)的DNA片段。例如，Andersson等(1994)報(bào)道了位于4號染色體上的QTL，可以調(diào)控豬（歐洲野豬與大白雜交）從出生到體重達(dá)70 kg期間的生長發(fā)育、小腸長度和脂肪沉積。此外，在豬的8號染色體上的QTL被鑒定為分泌的磷蛋白1（secreted phosphoprotein 1,SPP1,osteopontin骨調(diào)素），用于調(diào)控產(chǎn)前成活率和窩產(chǎn)仔數(shù)（Allan等，2007）；并且，現(xiàn)在認(rèn)為這種蛋白是通過豬的胎盤來調(diào)節(jié)離子和水的轉(zhuǎn)運(yùn)（Johnson等，2013）。QTLs通過識(shí)別與觀察到的特征相關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)記進(jìn)行映射，如單核苷酸多樣性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）?；驑?biāo)記是一段與影響性狀相關(guān)的DNA序列，在豬生產(chǎn)上具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值。迄今為止，隨著RNA-Seq技術(shù)（也稱為下一代測序）的成熟，基因組生物學(xué)已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的基因組測序，來定義有機(jī)體的整個(gè)轉(zhuǎn)錄組（Wickramasinghe等，2018）?，F(xiàn)在，這一突破性技術(shù)越來越多地用于動(dòng)物體內(nèi)基因表達(dá)的分析和SNPs的發(fā)現(xiàn)?？梢员容^和識(shí)別對某些疾病具有耐藥性或易感性的基因組，或比較和識(shí)別具有高或低生產(chǎn)性能（如：產(chǎn)奶量、肌肉生長率和飼料轉(zhuǎn)化率）的動(dòng)物，以達(dá)到改善豬在不同生長階段的健康和生產(chǎn)性能的目的。

2 豬營養(yǎng)與生產(chǎn)中的生物技術(shù)

生物技術(shù)是指在生物學(xué)研究和應(yīng)用中使用的技術(shù)。從廣義上講，生物技術(shù)可以歸類為動(dòng)物克?。ㄍㄟ^胚胎細(xì)胞核移植和體細(xì)胞核移植）和基因工程（重組DNA技術(shù)、基因編輯和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)）（Bazer等，2012）。動(dòng)物克隆是指通過無性繁殖來生產(chǎn)基因相同的個(gè)體以保存遺傳物質(zhì)，這就像自然界中誕生同卵雙胞胎一樣?？寺∫部梢酝ㄟ^胚胎分割完成，通過將4細(xì)胞胚胎中多達(dá)4個(gè)單個(gè)卵裂球轉(zhuǎn)移到4個(gè)不同的受體母體中。相比較而言，添加、去除或重排DNA以修飾表型性狀的生物技術(shù)稱為基因工程或基因轉(zhuǎn)移?？寺『突蚬こ淌莾煞N不同的技術(shù)，但可以組合用來生產(chǎn)特殊的個(gè)體動(dòng)物（例如用于器官移植的α-1，3-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶基因敲除的基因修飾豬）。

2.1 克隆動(dòng)物

2.1.1 基本過程

“克隆”主要指生物體通過自身的細(xì)胞形成相同的后代個(gè)體。當(dāng)供體細(xì)胞（如成纖維細(xì)胞）來源于早期胚胎時(shí)，克隆被稱為胚胎細(xì)胞核移植（embryonic cell nuclear transfer,ECNT），當(dāng)供體細(xì)胞（如皮膚細(xì)胞）來源于胎兒、幼齡或成熟動(dòng)物時(shí)，克隆稱為體細(xì)胞核移植（somatic cell nuclear transfer,SCNT）。從根本上說，克隆主要將供體細(xì)胞的細(xì)胞核轉(zhuǎn)入到成熟的無核卵母細(xì)胞中（細(xì)胞核被去除的卵母細(xì)胞）（見圖2）。實(shí)際上，核轉(zhuǎn)移可以通過以下方式完成：①融合，微操作進(jìn)入透明帶內(nèi)的卵周隙，再通過電融合使兩個(gè)細(xì)胞進(jìn)行融合；②直接通過顯微注射法，將細(xì)胞核、細(xì)胞核與部分細(xì)胞質(zhì)或者整個(gè)供體細(xì)胞注入受體卵母細(xì)胞；③通過微操作或酶催化法去除受體卵母細(xì)胞的透明帶，然后通過電融合或化學(xué)方法將供體細(xì)胞進(jìn)行融合（Bazer等，2012）。無論哪種方式形成新的卵母細(xì)胞，通過在試管中發(fā)育成早期胚胎，然后植入成年雌性動(dòng)物的子宮。最終，成年雌性動(dòng)物產(chǎn)下與供體胚胎或體細(xì)胞動(dòng)物相同基因組成的動(dòng)物。這種與親本細(xì)胞基因相同的動(dòng)物被稱為克隆動(dòng)物。在家畜上，1996年著名“多莉”綿羊的健康誕生主要利用的是體細(xì)胞核移植技術(shù)（Wilmut等，1997）。

圖2 通過胚胎或成年供體細(xì)胞克隆豬的方案

動(dòng)物科學(xué)家已經(jīng)有大約40年的克隆經(jīng)驗(yàn)。1979年通過在試管中分割小鼠的胚胎，然后將此胚胎植入成年雌性小鼠的子宮中，首次獲得基因相同的小鼠。1997年公示蘇格蘭動(dòng)物科學(xué)家用來源于6歲母羊的乳腺細(xì)胞作為供體細(xì)胞，經(jīng)過276次嘗試后成功地培育出一只名叫多莉的羔羊。通過直接將豬胎兒成纖維細(xì)胞的核注入無核卵母細(xì)胞，隨后通過電刺激誘導(dǎo)其發(fā)育，Onishi等（2000）將110個(gè)克隆胚胎轉(zhuǎn)入到四頭代孕母豬，培育出一個(gè)正常的雌性仔豬。利用體細(xì)胞核移植技術(shù)，Betthauser等（2000）從兩頭母豬中培育出四只健康的雄性仔豬。值得注意的是，自然出生或由克隆生產(chǎn)的基因相同的動(dòng)物表型不一定相同。這主要是因?yàn)楸碛^遺傳因素和環(huán)境因素（如營養(yǎng)、環(huán)境溫度和空氣質(zhì)量）也會(huì)影響細(xì)胞的基因表達(dá)。

2.1.2 優(yōu)勢

克隆技術(shù)在保護(hù)品種或物種（特別是瀕危物種）方面具有明顯的優(yōu)勢，從而維持或增加種群的遺傳多樣性（Bazer等，2012）?？寺〖夹g(shù)還可以讓擁有優(yōu)良性狀（例如：肉質(zhì)好、生長快，瘦肉率和飼料轉(zhuǎn)化率高）的被閹割的雄性動(dòng)物將遺傳特性傳給后代。在畜牧業(yè)，克隆主要用于生產(chǎn)優(yōu)良種畜。2018年美國食品和藥物管理局認(rèn)為“克隆牛、豬、羊所生產(chǎn)的肉和奶以及傳統(tǒng)上用于食用的任何物種的克隆后代，與傳統(tǒng)育種動(dòng)物生產(chǎn)的動(dòng)物產(chǎn)品一樣都可以安全地食用”。如前所述，用克隆豬為某些疾病的患者提供可以移植的特殊器官的研究受到越來越多的關(guān)注（Prather等，2013）。因此，克隆不僅可以用于生物醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)研究，也可用于制藥生產(chǎn)和自然遺傳保護(hù)。

2.1.3 弊端

體細(xì)胞核移植仍然是一個(gè)操作難度大且成本高昂的技術(shù)（Tan等，2016）。動(dòng)物克隆的主要缺點(diǎn)是培育后代的效率較低、健康狀況不佳并且后代的存活率較低。這可能是因?yàn)椋孩俨贿m當(dāng)?shù)貙⒐┖薉NA重新編程為具有正常新陳代謝的表型；②不適當(dāng)干預(yù)胚胎或胎兒與受體母親子宮之間的相互作用。值得注意的是，只有1%到20%的受孕母親可以正常妊娠；25%的懷孕母親會(huì)發(fā)生水腫（水腫是胎兒的一種病癥，其特征是至少有兩個(gè)胎兒的腔室內(nèi)有液體積聚，尿囊和羊膜腔內(nèi)分別積累過量的液體形成水腫尿囊和水腫羊膜）；20%～25%的子代發(fā)育異常；新生兒死亡率高（例如：有30%～40%的犢牛在出生后150 d內(nèi)死亡）（Bazer等，2012；Betthauser等，2000；Onishi等，2000）。雖然克隆的過程非常明確，但由于各種復(fù)雜因素，包括細(xì)胞融合、胚胎發(fā)育、母體子宮功能等，導(dǎo)致結(jié)果并不完全可以預(yù)測。由于其效率低下，克隆技術(shù)不適用于大量生產(chǎn)人類消費(fèi)的經(jīng)濟(jì)肉類。

2.2 基因工程

2.2.1 重組DNA技術(shù)

重組DNA（rDNA）分子是由兩個(gè)或多個(gè)來源的遺傳物質(zhì)通過實(shí)驗(yàn)室方法形成的DNA分子（Nagaich，2015）。用于構(gòu)建重組DNA分子的DNA序列可以來源于任何物種（包括細(xì)菌、植物和動(dòng)物）。重組DNA分子也被稱為嵌合DNA，因?yàn)樗鼈兺ǔＳ蓙碜詢蓚€(gè)不同物種的遺傳物質(zhì)組成（如豬和細(xì)菌）。重組DNA技術(shù)與基因重組的不同之處在于前者是在試管中由人工方法產(chǎn)生的，而后者是細(xì)胞內(nèi)DNA序列交換和重新組合的一個(gè)正常生物學(xué)過程。重組DNA技術(shù)的基本方法是將目的DNA片段（例如：豬的DNA序列）插入到載體（DNA分子或質(zhì)粒）中，重組DNA分子能夠在宿主細(xì)胞（例如：大腸桿菌）中自主復(fù)制。除質(zhì)粒（來自細(xì)菌的環(huán)狀DNA分子）外，其他最常用的載體（非染色體DNA）包括病毒和酵母細(xì)胞（Adrio等，2014；Bazer等，1991；Jazayeri等，2018）。攜帶豬源DNA序列的重組DNA分子可以在大腸桿菌宿主細(xì)胞內(nèi)快速復(fù)制，產(chǎn)生大量的重組DNA，進(jìn)而合成目的蛋白質(zhì)或多肽（見圖3）。

2.2.1.1 優(yōu)勢

重組DNA技術(shù)應(yīng)用廣泛。例如，它可以編輯單個(gè)基因位點(diǎn)而不影響基因組的其余部分，對基礎(chǔ)研究、醫(yī)學(xué)和農(nóng)牧業(yè)具有很大的價(jià)值，也是生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的技術(shù)基礎(chǔ)（包括豬）（Hammer等，1985）。此外，科學(xué)家還可以利用重組DNA技術(shù)在細(xì)菌（如大腸桿菌）中表達(dá)蛋白質(zhì)(包括干擾素、激素和酶制劑)、肽、疫苗、氨基酸、脂肪酸和維生素（見表1）。這種生產(chǎn)方式成本低，效益高。例如，飼料級氨基酸的使用可以大幅度降低日糧中蛋白質(zhì)水平，從而減少氮的排放。日糧蛋白質(zhì)水平降低1%（例如，從16%至15%）可以使生長豬的氮（尿液和糞便）排放總量減少8.5%(Lenis等，1999)。此外，重組DNA技術(shù)還可以對細(xì)菌基因組進(jìn)行編輯：①生產(chǎn)用于飼料發(fā)酵的酶（Demirci等，2014）；②生產(chǎn)可以減少細(xì)菌耐藥性的酶（da Costa等，2018）；③開發(fā)疫苗，使用特異性的單克隆抗體分離抗原，通過克隆基因合成蛋白質(zhì)抗原以及合成肽疫苗（Nagaich，2015）。

圖3 DNA重組技術(shù)

表1 重組DNA技術(shù)在細(xì)菌合成蛋白質(zhì)、疫苗、氨基酸和維生素方面的應(yīng)用

2.2.1.2 弊端

由于目前研究還尚不完善，一些人擔(dān)心使用重組DNA技術(shù)生產(chǎn)的蛋白質(zhì)（例如重組牛生長激素）以及其副產(chǎn)物的安全性。動(dòng)物基因組中基因的插入或敲除都可能會(huì)影響生物體的基因功能及其穩(wěn)定性。最后，體外培養(yǎng)方式不一定實(shí)現(xiàn)重組分子中基因的高轉(zhuǎn)錄和翻譯效率，還需要開展更多的工作來解決這些問題。

2.2.2 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物

通過新的生物技術(shù)可以獲得生殖系和非生殖系轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。異位DNA移植（非生殖系轉(zhuǎn)基因）是指直接將DNA構(gòu)建體或轉(zhuǎn)基因干細(xì)胞導(dǎo)入胎兒或活體動(dòng)物的非生殖組織中獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，但其轉(zhuǎn)基因性狀不能通過配子遺傳給后代（Bazer等，2012）。生殖系轉(zhuǎn)基因是本文的重點(diǎn)內(nèi)容（見圖4），轉(zhuǎn)基因動(dòng)物實(shí)質(zhì)上是基于生化反應(yīng)、細(xì)胞生物學(xué)、細(xì)胞培養(yǎng)、胚胎移植以及胎兒在受體母畜內(nèi)的生長發(fā)育獲得的。

圖4 將重組DNA注射到原核中（方法Ⅰ）或?qū)⒑兄亟MDNA的胚胎干細(xì)胞注射到囊胚中來獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（方法Ⅱ）

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，即基因組中整合人為插入的外源基因的一類動(dòng)物，外源基因是用DNA重組技術(shù)在體外構(gòu)建，質(zhì)粒DNA不僅包含目的基因，還包含其它DNA序列，包括啟動(dòng)子片段（為確定基因表達(dá)時(shí)間和基因靶向位置），增強(qiáng)子序列（放大基因功能）和標(biāo)記基因（外源DNA的整合檢測）。然后通過兩種已建立的方法之一，將DNA構(gòu)建體整合到動(dòng)物生殖細(xì)胞基因組中：①將重組DNA（也稱DNA構(gòu)建體）注射到原核(方法Ⅰ)；②將含有重組DNA的轉(zhuǎn)化胚胎干細(xì)胞注入囊胚（方法Ⅱ）。由于缺乏來自豬胚胎干細(xì)胞的已建成的細(xì)胞系，迫使科學(xué)家們不得不采用方法Ⅰ（體細(xì)胞的基因修飾和體細(xì)胞核移植用以生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因的豬）（Ryu等，2018）。

第一種方法是快速收集受精后的卵母細(xì)胞，通過精細(xì)的顯微注射針將重組DNA（如：目的質(zhì)粒DNA）注射至原核，這也是最常用的方法（Hammer等，1985）；或者，在卵母細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)注射轉(zhuǎn)染有目的質(zhì)粒DNA的精子（Lai等，2001），受精卵在體外發(fā)育至囊胚，后被移植至受體，發(fā)育至成熟。轉(zhuǎn)基因后代的一些個(gè)體包含已被整合到其自身基因組的重組DNA，這些外源基因存在于生殖細(xì)胞和體細(xì)胞中，所以它可以通過育種遺傳給后代（Hammer等，1985）。第二種方法是通過胚胎干細(xì)胞將基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，來源于早期胚胎的胚胎干細(xì)胞，既能實(shí)現(xiàn)自我更新，又能保留細(xì)胞多能性，移植到早期胚胎中能夠?qū)ι臣?xì)胞實(shí)現(xiàn)基因靶向（Tan等，2016）。簡而言之，即從早期胚胎中分離胚胎干細(xì)胞用于培養(yǎng)以建立細(xì)胞系，隨后通過細(xì)胞轉(zhuǎn)染（如電穿孔法）將重組DNA（如目的質(zhì)粒DNA）導(dǎo)入基因組。選擇穩(wěn)定轉(zhuǎn)化的胚胎干細(xì)胞，然后注射到受體囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中，以參與囊胚發(fā)育成早期胚胎。第一種方法是將基因組中含有重組基因的胚胎導(dǎo)入受體中發(fā)育，將雜合轉(zhuǎn)基因后代進(jìn)行交配以產(chǎn)生純合子轉(zhuǎn)基因系。由于家畜的胚胎干細(xì)胞尚未被分離出來，導(dǎo)致方法Ⅱ在家畜中的使用并不多（Tan等，2016）。值得注意的將克隆和轉(zhuǎn)基因技術(shù)相結(jié)合，使供體體細(xì)胞可以通過電穿孔法或病毒載體進(jìn)行基因整合，再通過體細(xì)胞核移植法產(chǎn)生轉(zhuǎn)基因后代。

2.2.2.1 優(yōu)勢

在家畜育種中，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)將外源基因?qū)雱?dòng)物生殖系中以構(gòu)建理想性狀（例如獲得高瘦肉率和高飼料效率）和功能（例如合成具有營養(yǎng)作用的蛋白質(zhì)）。這一技術(shù)成功獲得了多種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，包括豬、小鼠、大鼠、牛、兔、綿羊、雞和魚（Bazer等，2012）。為彌補(bǔ)傳統(tǒng)育種技術(shù)的不足，可以通過增強(qiáng)以下因素來提高畜牧業(yè)生產(chǎn)效率：①日糧營養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和利用；②對代謝性疾病和傳染病的抵抗力；③生活環(huán)境適應(yīng)性（Prather等，2013；Shoji等，2008；Tiley，2016）。

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可以產(chǎn)生必需脂肪酸（Pai等，2014）、氨基酸、治療性蛋白質(zhì)（J?nne等，1992）、功能性蛋白質(zhì)（Wang等，2017）以及消除抗?fàn)I養(yǎng)因子的酶（Zhang等，2018），可以提高營養(yǎng)利用效率，減少農(nóng)場動(dòng)物數(shù)量以及緩解氮和磷排放導(dǎo)致的環(huán)境污染。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可生產(chǎn)：①對引起乳腺炎的細(xì)菌具有抑菌特性的溶菌酶（Lu等，2015）；②具有廣譜抗菌活性的人和牛乳鐵蛋白（Wang等，2017）；③乳汁中獲得的疫苗（如有效的瘧疾疫苗）（Stowers等，2002）。

作為原理驗(yàn)證，Hammer等獲得了表達(dá)人生長激素的轉(zhuǎn)基因豬（Hammer等，1985）。幾年后，獲得了轉(zhuǎn)基因豬高效表達(dá)牛生長激素或生長激素釋放因子，極大地提高了轉(zhuǎn)基因豬的生長速率和飼料利用效率，同時(shí)降低體脂含量和血漿膽固醇水平（Pursel等，1989；Solomon等，1994）。然而，這些有益性狀卻被繁殖性能低下、疾病發(fā)作（如關(guān)節(jié)炎、胃潰瘍、皮炎和腎?。┖瓦^早死亡等負(fù)面影響所抵消（Pursel等，1989）。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的這些不良影響的發(fā)生是由于對以下方面的理解不完全所致：①胚胎培養(yǎng)的條件（如培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的組成，包括氨基酸、葡萄糖、礦物質(zhì)和維生素等）；②負(fù)責(zé)正常表達(dá)模式的調(diào)節(jié)因子；③外源DNA整合位點(diǎn)；④特定基因產(chǎn)物的生理功能。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生產(chǎn)，必須進(jìn)行大量的研究來解決這些問題。

獲得可以合成必需多不飽和脂肪酸的轉(zhuǎn)基因豬是研究轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的期望結(jié)果之一。例如，Saeki等將植物基因Δ12脂肪酸去飽和酶導(dǎo)入豬的白色脂肪組織（Saeki等，2004），該酶在C12位點(diǎn)上去除飽和油酸（18∶1，ω9）生成亞油酸（18∶2，ω6），亞油酸是豬的營養(yǎng)必需多不飽和脂肪酸（Wu等，2018）。同時(shí)亞油酸是合成花生四烯酸（20∶4，ω6）的前體物，花生四烯酸也是豬的必需多不飽和脂肪酸；此外，亞油酸有益于人類和豬的心血管健康。還有一種轉(zhuǎn)基因豬可以表達(dá)秀麗隱桿線蟲（C.elegans）基因脂肪酸去飽和酶，將亞油酸轉(zhuǎn)化為ω3多不飽和脂肪酸（Lai等，2006）。與野生型豬相比，轉(zhuǎn)基因豬具有的四種ω3多不飽和脂肪酸含量更高，即α-亞麻酸（ALA，18∶3，ω3）、二十碳五烯酸（EPA，20∶5，ω3）、二十二碳五烯酸（DPA，22∶5，ω3）和二十二碳六烯酸（DHA，22∶6，ω3）。這些發(fā)現(xiàn)具有重要意義，當(dāng)轉(zhuǎn)基因豬能夠合成ω6和ω3多不飽和脂肪酸時(shí)，可以減少甚至消除日糧中植物油（如大豆油、葵花油、花生油）以及魚油的使用，大大降低豬的生產(chǎn)成本。

現(xiàn)代生物技術(shù)的另一個(gè)期望結(jié)果是生產(chǎn)出在唾液腺中表達(dá)植酸酶的轉(zhuǎn)基因豬。首先獲得一種在唾液中釋放植酸酶的約克夏轉(zhuǎn)基因豬（Cassie系）（Golovan等，2001），這種轉(zhuǎn)基因豬消化植酸的能力有所提升。例如，飼喂無磷添加的普通日糧的轉(zhuǎn)基因公豬和后備母豬，與同月齡的飼喂補(bǔ)充磷的普通日糧的豬相比，兩者在生長速率和飼料利用效率上結(jié)果相似。此外，飼喂無磷添加的低磷日糧的轉(zhuǎn)基因閹豬，與飼喂無磷添加的低磷日糧的普通閹豬相比，在斷奶、生長和肥育階段分別增加了25%～40%、77%～91%和27%～56%的磷保留量。最近，Zhang等基于從細(xì)菌和真菌中分離的基因，獲得了一種轉(zhuǎn)基因豬，該轉(zhuǎn)基因豬可在唾液腺中表達(dá)植酸酶和碳水化合物酶（木聚糖酶和兩種β-葡聚糖酶）（Zhang等，2018），與飼喂相同日糧的非轉(zhuǎn)基因豬相比，轉(zhuǎn)基因豬口腔內(nèi)可水解植酸和非淀粉多糖，使氮產(chǎn)量下降24%，廢物排泄減少44%。目前一些研究間的數(shù)量差異可能是由于轉(zhuǎn)基因的表達(dá)水平和日糧營養(yǎng)成分（包括Ca、P和蛋白質(zhì)）的差異所致（Golovan等，2001；Forsberg等，2013；Meidinger等，2013）。有發(fā)展?jié)摿χ幵谟?，表達(dá)用于合成營養(yǎng)性必需氨基酸的植物或微生物的轉(zhuǎn)基因豬可以允許攝入低磷和低蛋白質(zhì)日糧而無需補(bǔ)充磷或結(jié)晶氨基酸；其中一種氨基酸是蘇氨酸（Zhang等，2014），對滿足仔豬生長需要而言，蘇氨酸在植物源飼料中含量較低（Wu等，2013）。

2.2.2.2 劣勢

動(dòng)物轉(zhuǎn)基因的原始方法，即原核注射和整合病毒的效率較低，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致基因沉默，基因表達(dá)調(diào)節(jié)不良以及由于整合位點(diǎn)隨機(jī)而造成基因變異性較大（Tan等，2016）。動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的另一個(gè)主要缺陷是包括豬在內(nèi)的轉(zhuǎn)基因家畜產(chǎn)前和斷奶前死亡率較高，這可能是由于宿主基因組中基因隨機(jī)整合的過程導(dǎo)致了插入誘變的結(jié)果。例如Zhang等將4 008個(gè)重建胚胎移植至16只受體母豬中，僅有33頭活仔豬出生，胚胎發(fā)育效率不足1%。在33只活產(chǎn)仔豬中，25只轉(zhuǎn)基因豬呈陽性，其中20只仔豬具有完整的基因表達(dá)盒。令人失望的是至斷奶時(shí)僅有9只轉(zhuǎn)基因豬存活（Zhang等，2018）。在將轉(zhuǎn)基因豬用于生產(chǎn)之前，必須克服這些問題，同時(shí)也要解決成本過高的問題。目前，轉(zhuǎn)基因家畜的研究主要集中在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用上，例如缺乏負(fù)責(zé)超急性排斥反應(yīng)的α-1,3-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶基因的器官異種移植（Fischer等，2018；Kang等，2016；Tan等，2016），也用于生產(chǎn)抗病毒的豬。