培育世界首例赖氨酸转基因克隆牛 国际克隆技术获重大突破——专访吉林大学李子义教授

2011-10-26

吉林大学农学部畜牧兽医学院动物胚胎工程吉林省重点实验室主任、吉林省动物生物工程研究中心主任李子义教授带领课题组经过两年的攻关，成功获得一头携带转入赖氨酸基因的克隆牛犊。这头克隆牛的诞生，是人类利用分子生物学技术和体细胞核移植技术获得的世界首例赖氨酸转基因克隆牛，标志着国际克隆技术的又一次重大突破。本着“聚集科技管理，报导科技创新，服务成果转化”的办刊宗旨，本刊编辑部对李子义教授提出了有关技术创新、成果转化及人才培养等方面的问题，李教授对此做了认真解答。

编辑部：您带领研究团队成功获得一头携带转入赖氨酸基因的克隆牛犊，这一成果在研究过程中采用了哪些创新性的方法？该成果的问世有何重大意义？

李教授：我们首先把牛奶蛋白当中编码赖氨酸的基因片段筛选出来，通过载体转入雌性奶牛胎儿成纤维细胞，让细胞核的遗传物质能够携带这个富含赖氨酸的基因片段，再通过体细胞核移植技术制备克隆胚胎，随后将克隆胚胎移植到代孕母牛体内。整个培育过程主要分两步，第一步需要利用分子生物学技术实现转基因细胞系的构建，第二步需要利用体细胞核移植技术构建克隆胚胎和胚胎移植。携带转入赖氨酸基因的雌性克隆牛犊的出生，是转基因技术与体细胞克隆技术完美结合所取得的又一可喜成果。

赖氨酸是人体必需的8种氨基酸之一，可以调节人体代谢平衡，提高钙的吸收、加速骨骼生长，同时有促进生长发育、增加食欲、减少疾病和增强体质等作用。但是这样重要的一种氨基酸，人体自身却不能合成，必须从食物中获得。而人类主食谷物中赖氨酸含量普遍较低，是第一限制性氨基酸。因此，寻找高赖氨酸含量外源蛋白，补充赖氨酸摄入量的不足，对于人类健康十分重要。牛奶中蛋白质、碳水化合物、钙、铁以及维生素等含量高，但是赖氨酸的含量和比例却不能弥补谷物中赖氨酸之缺乏，满足人体对赖氨酸的需要。因此，增加牛奶蛋白中赖氨酸的含量，成为改善膳食营养的重要途径之一，也一直为科学家所关注与重视。而这项成果可使牛奶中的赖氨酸含量大幅提高，使人们在享用牛奶的同时还能补充人体必须的赖氨酸，不仅提高了牛奶的营养价值而且增强了牛奶的保健功能。利用转基因技术，改善牛奶营养成分组成，提高牛奶的营养价值，具有广阔的经济效益和社会效益。

编辑部：“转基因克隆牛犊”这一成果在成果转化方面的前景如何？一直以来，欧美对克隆牛肉一直持争议态度。为何有人反对将克隆牛肉和牛奶摆上餐桌？您认为克隆牛肉和牛奶对人体有损害吗？

李教授：作为转基因生物新品种培育的一个阶段性成果，未来转基因克隆牛产的奶是否可以让人们放心喝是大家普遍关心的问题。首先，我们转入的赖氨酸基因是从牛奶蛋白中编码赖氨酸的基因片段中筛选出来的，是奶牛体内固有的基因片段，对奶牛本身没有任何不良影响、产生的含有转基因的蛋白对细胞状态没有不良影响。同时，我们课题组建立了小鼠模型。目前转赖氨酸基因小鼠已经传到了第五代，小鼠模型不但证明奶中赖氨酸水平显著提高，并证明转赖氨酸鼠奶对小鼠健康无不良影响，而且证明饮转赖氨酸奶的小鼠哺乳后期体重明显高于饮非转基因奶的小鼠，证明该转基因奶有促进生长发育的作用。转基因克隆牛现在没到生育和产奶年龄，未来两年还要对其开展进一步生物安全评价研究。

高赖氨酸牛奶要投入市场，估计还需10年左右的时间。这10年时间要完成两项工作，一是生物安全评价工作，主要通过实验动物饲喂赖氨酸牛奶，检测实验动物各项生理指标是否出现异常。二是高赖氨酸奶牛的扩繁工作，培育出雄性转基因公牛，转基因的公牛和母牛交配得到更多的高赖氨酸转基因奶牛，获得转基因奶牛种群，从更大规模上去检测牛奶的安全性。转基因奶牛的饲养成本与普通奶牛一样，先期的研发成本伴随着转基因克隆牛群体的扩大会逐渐摊薄，通过与牛奶生产企业合作，高赖氨酸牛奶是有广阔市场前景的。

编辑部：您目前是动物胚胎工程吉林省重点实验室主任，对于实验室在“十二五”期间的发展有何规划？

李教授：动物胚胎工程吉林省重点实验室，覆盖动物遗传育种与繁殖学、生物化学与分子生物学、预防兽医学、基础兽医学和动物学5个二级学科，均为博士学位授权学科，并设有生物学和兽医学2个博士后流动站。其中生物化学与分子生物学和预防兽医学为国家重点学科，基础兽医学为国家重点（培育）学科。实验室自20世纪80年代开始从事动物胚胎工程和遗传育种的研究，先后在胚胎移植、家畜体外受精、胚胎冷冻保存、胚胎性别鉴定方面等取得了一系列成果。近几年来，实验室又先后从美国、加拿大、英国、瑞典、韩国等国家引进了一批在各自研究领域取得突出成绩的学科带头人和学术骨干，团队成员通过协作攻关，发挥团队知识和学科互补优势，在动物新品种培育、动物体细胞克隆和抗病转基因动物新品种培育、干细胞研究等方面取得了一系列成果。经过多年的建设，目前已经形成了一支年龄和职称结构合理、学术水平高、学科结构互补、协作攻关能力强，在国内外有较大影响的创新团队。团队现有在职人员总数29人，其中教授14人（均为博导），副教授2人，讲师7人，实验师和助理实验师6人。实验室骨干中有3年以上留学经历的占72%，博士学位占100%，平均年龄44岁。一批在欧美、日韩等一流大学和研究机构学习和工作经历的优秀学者，并在国际一流学术刊物，如Science，Nat Biotechnol，J Clin Invest，J Exp Med，Proc Natl Acad Sci USA，发表了世人公认的研究成果。“十二五”期间，我们的目标是申报教育部重点实验室和教育部创新团队。

编辑部：您在创新性人才的培养上有何心得？

李教授：我在美国衣阿华大学（University of Iowa）医学院解剖学与细胞生物学系主任John Engelhardt教授实验室从事博士后研究（1999.3～2002.3），后任助理研究科学家（2002.3～2006.9），前后将近八年时间。2006年9月谢绝了Engelhardt教授的挽留，回到了我曾经奋斗过的地方，承担大量的科研任务和本科生、研究生教学任务。我回国后被问到最多的一个问题就是“为什么要执意回国？”我回答说：“我在国外可以享有比国内优越的工作条件和生活条件，我之所以要回到祖国，是因为我想把我学到的科学知识和管理经验带到国内，让我的学生尽早地了解和掌握国际上相关领域最高水平的技术和学科发展前沿，让他们站在我的起点上参与到激烈的国际竞争中。我希望我的学生不把眼光局限于国内，而是放眼于国际”。

我们课题组现有在读硕士生、博士生和博士后20人，已毕业3名博士，5名硕士生。课题组一直坚持每1～2周开一次组会，交流最新文献和汇报研究进展，每2个月举办一次胚胎工程中心学术报告活动，相互交流研究经验和科研成果。在人才建设方面，我把美国留学期间学到的先进的管理经验引入到自己的实验室中，已经颇有成效。回国五年了，最令我欣慰的是我们实验室已经开始发表4分以上的SCI论文，我的第一位博士生2009年毕业后，在国际经济危机、大批美国人失业的形势下，仍在美国找到博士后位置继续深造。近两年我们实验室又成功地申请到了包括国家973课题、转基因重大专项、自然科学基金等多项科研课题。此外，我的学生也在一步步走向成功，我感觉到我的努力没白费，辛勤的付出有了回报。

专家简介：

李子义，男，1961年6月出生。1983年和1988年在解放军兽医大学获农学学士和硕士学位。1997年在东北农业大学生物工程系获理学博士学位。1983年留校（原解放军兽医大学）任教，主要从事动物组织胚胎学的教学及动物胚胎生物工程方面的研究工作。1996年任解放军兽医大学基础部组织胚胎学教研室主任，副教授。1999～2006年在美国衣阿华大学（University of Iowa）先从事博士后研究后任助理研究科学家。2006年9月按照学科带头人引进计划来到吉林大学工作，担任畜牧兽医学院教授、博士生导师、基础兽医学科带头人、动物胚胎工程吉林省重点实验室主任、吉林省动物生物工程研究中心主任等工作，主要从事本科生的“动物组织学与胚胎学”、研究生的“发育生物学”和“英文科技论文写作”等教学工作以及干细胞与转基因克隆动物等方面的研究工作。2007年入选吉林省拔尖创新人才，2009年被评为长春市优秀归国留学人员。

现为中国畜牧兽医学会动物解剖学及组织胚胎学分会副理事长，吉林省细胞生物学会副理事长，吉林省解剖学会副理事长，中国动物学会生殖生物学分会理事，中国农业生物技术学会动物生物技术分会理事，《中国兽医学报》编委，国际干细胞研究学会（ISSCR）、国际生殖研究学会（SSR）和国际胚胎移植学会（IETS）会员。现承担科研项目（课题）13项，其中，973计划重大科学问题导向项目1项，国家重点基础研究发展计划（973计划）项目2项，国家转基因生物新品种培育重大专项1项，国家科技支撑计划项目1项，国家自然科学基金项目2项，吉林大学引进优秀人才科研启动基金项目1项等，课题经费近1500万元。先后于国际、国内著名生物学期刊，如The Journal of Clinical Investigation，Developmental Biology，PLoS ONE， Biology of Reproduction，Reproduction，Molecular Reproduction and Development，Theriogenology，Journal of Experimental Zoology，Reproductive Biology and Endocrinology，Bioscience Reports，Cell Biology International，Reproductive， Fertility and Development，Reproduction in Domestic Animals等，发表论文等90余篇，SCI 收录42篇。获省部级科研成果奖6项。主编、参编专著4部。在国际上首次获得两只体细胞克隆雪貂和敲除CF基因克隆雪貂，获得世界首例“赖氨酸转基因克隆牛”和“体细胞克隆太湖猪”，参与完成世界首例“带有抗猪瘟病毒的转基因克隆猪”的研究工作。