分子生物技术在转基因的应用

分子生物学技术在转基因食品检测中的应用

王璐

（ 06生物技术 200606221001 ）

摘要：近年来，转基因食品发展迅速，给人类带来巨大的经济利益，但同时也存在安全性隐患。当务之急是加强对转基因食品的检测。概述了分子生物学技术在转基因食品检测中的应用，包括基因水平、转录水平和翻译水平上的检测应用。

关键词：转基因食品；生物技术；检测方法

Abstract: In recent years, the rapid development of genetically modified foods, brought huge economic benefits, but at the same time there are security problems. On the urgent need to strengthen the detection of genetically modified foods. An overview of molecular biology technology to genetically modified food testing, including genetic level, the level of transcription and translation of the level of detection applications.

Key words: genetically modified foods; biotechnology; detection method；

转基因食品(Genetically Modified Food，简称GI )是指利用基因工程技术，将有利于人类的外源基因转入受体生物体内(动物、植物或微生物)，改变其遗传特性，获得原先不具备的品质与特性，这种以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品即为转基因食品，也称基因改造食品或基因修饰食品。转基因食品大致可分为转基因植物食品、转基因

动物食品和转基因微生物食品。目前的转基因食品主要来源于转基因作物，因其在提高产量、改善产品品质、增强抗逆性和抗虫害等方面优势显著，所以近年来一些国家非常重视转基因作物的开发和生产。

为了满足对转基因食品进行标识的要求，各种检测转基因食品定性和定量的方法不断地得到发展和完善。到目前为止，已经建立的转基因食品检测技术主要是运用现代分子生物学技术在分子水平上进行检测，本文对分子生物学技术在转基因食品检测中的应用进行阐述。

1 基因水平的检测

如前所述，转基因食品加工原料的生物体内含有导入的外源DNA，因此可以直接“寻找”被导入的外源DNA序列。目前，从基因水平检测转基因食品主要有PCR法，Southern杂交技术和基因芯片技术等。

1．1 聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction。PCR)

PCR技术是美国科学家Mullis于1983年发明的一种在体外快速扩增特定基因或DNA序列的方法，故又称为基因的体外扩增法 J。它可以在试管中根据已知的待扩增的DNA片段序列，人工合成与该DNA两条链末端互补的两段寡核苷酸引物，以4种脱氧核苷酸(dNTP)为底物，在耐高温聚合酶的作用下，在体外将待检DNA通过酶促作用进行扩增。扩增过程经过高温变性、低温退火和适温延伸等3步反应作一个周期，反复循环，从而达到迅速扩增特异性DNA的目的。PCR反应速度快，待扩增基因的数量呈几何级数扩增，数小时内单一拷贝的基因经30个左右循环可扩增上百万倍。PCR反应具有高灵敏性、高特异性和高效性的特点，是目前检测食品中转基因成分最为成熟和广泛应用的方法。

1．1．1 定性PCR法

为了使转入作物体内的外源基因能够发挥人们所期望的作用，一般而言，在对生物体进行转基因的过程中要构建启动子、终止子、选择标记基因和报告基因等 9。可用作目的基因转入其他物种的基因种类繁多，但据统计绝大部分转基因作物体内含有转录启动子CaMV35S、转录终止子NOS和抗生素抗性基因NPTII 3个基因元件，因此通过PCR扩增这些特定基因元件DNA序列，可成功鉴定出食品中是否含有转基因成分。Shirai等通过对大豆中CaMV35S启动子和NOS终止子的检测，成功实现了对抗草甘膦大豆Roundup Ready转基因成分的检测。但目前，人们发现自然界中某些植物和土壤微生物体内也含有CaMV35S和NOS基因元件，因此，通过检测CaMV35S、NOS和NPTII等元件的PCR检测法可能会出现假阳性结果，此时需要用其他方法进行进一步的确认。

1．1．2 定量PCR法

为了保证转基因食品的安全性和让人们了解转基因食品，许多国家先后要求对转基因食品强制实施标签制度。标签的内容不仅要求列出转基因成分，而且还要对转基因成分进行定量。近年来发展起来的竞争性定量PCR(Quantitative competi—tive PCR)和实时荧光定量PCR(Real—time PCR)技术可用于定量检测食品中的转基因成分。竞争性定量PCR的基本原理是通过构建与待检测基因相同动力学特点和扩增效率的DNA，在同一反应体系中竞争相同的底物与引物，PCR完成后进行电泳检测，以竞争模板的稀释度和电泳结果作标准曲线，最终从标准曲线上计算待测基因的含量。该方法的特点是反应体系中含有内标物，可降低实验室问的检测误差，但该方法运用起来难度较高，构建理想的内标物是竞争性定量PCR法的关键。实时荧光定量PCR法是定量检测食品中转基因成分最常用的方法。实时荧光定量PCR是在常规PCR的基础上，添加了一条标记两个荧光基团的寡聚核苷酸探针。荧光基团的数量随着PCR扩增而不断增加，直至反应达到一个平台期。用相关的计算

机软件记录PCR过程中荧光信号的积累，计算每一个反应管中荧光信号达到设定Ct值(Cycle threshold)所经历的循环数，然后根据标准曲线对食品中的转基因成分进行定量。

1．1．3 多重PCR法(Multiplex PCR)

多重PCR技术可以在同一反应试管中同时针对多个靶位点进行PCR检测。目前，不仅有关于多重P 同时成功检测转基因食品中多种基因元件的报道，而且也有文献报道多重PCR与实时荧光定量PCR相结合可对多种基因元件同时进行检测。

1．2 基因芯片法

基因芯片技术是20世纪90年代中期发展起来的一项新的生物技术，融合了生命科学、化学、微电子技术、计算机科学、统计学和生命信息学等多种学科的最新技术。基因芯片就是采用微加工和微电子技术将大量经人工设计的基因片段有序地、高密度地排列在玻璃片或纤维膜等载体上而得到的一种信息检测芯片，其本质是脱氧核糖核酸微阵列。基因芯片的工作原理是利用碱基配对来检测样品的基因，将待测的DNA通过PCR扩增、体外转录等技术掺入标记分子后，与位于芯片上的DNA探针杂交，再通过扫描系统(如激光共焦扫描成像检测系统)检测探针分子杂交信号强度，然后以计算机技术对信号进行综合分析，即可获得样品中大量基因序列及表达信息，以对其进行定性及定量。

2 转录水平的检测

从转录水平检测转基因食品主要是运用No．hem杂交技术。No．hem 杂交与Southern 杂交的原理基本相同，反应步骤也基本相似，不同之处主要在于：No．hem杂交对象是食品中特定外源基因DNA的转录产物mRNA，食品中提取的RNA不需要用限制性

内切酶进行消化，可直接经琼脂糖凝胶电泳分离后转移到合适的膜上进行杂交检测。由于RNA化学性质较DNA活跃，从食品中提取总RNA的过程中极易受各种污染源的影响而降解，其含量和质量也与食品的新鲜程度和完整性有关，深度加工的食品其RNA在加工过程中易被降解，因此该方法主要用于检测鲜活动物或植物性食品。另外，No．hem杂交信号的强弱与mRNA的丰度有关，当特定外源基因DNA的转录产物mRNA丰度较低时，需要将mRNA从总RNA中分离出来以增强检测信号。由于上述条件的限制，目前运用No．hem杂交法检测转基因食品并不普遍。

3 翻译水平的检测

蛋白质是生物体实现生命活动各种功能的活性物质。根据遗传信息传递的“中心法则”，遗传信息由DNA转录给RNA，然后通过mRNA翻译合成特定的蛋白质以执行各种生命功能。转基因技术只是手段，其最终目的是通过转基因的表达产物(特异蛋白质)使生物体实现人们所期望的功能，因此通过检测食品中与转基因对应的蛋白质也能实现检测转基因食品的目的。

3．1 蛋白质芯片技术

蛋白芯片技术可以弥补基因芯片技术的不足，能在翻译水平上对蛋白、抗体及配体进行检测。蛋白芯片技术与基因芯片技术的基本原理大致相似，只是前者是利用抗原抗体的特异性结合而不是碱基对的互补杂交。其大致步骤是：通过将大量蛋白质、蛋白质检测试剂或检测探针以预先设计的方式固定在玻片、硅片或纤维膜等载体上组成密集的阵列，从待测样品中提取蛋白质，将待检蛋白质提取液与蛋白芯片进行孵育反应，荧光标记的靶蛋白分子与芯片分子发生结合反应，通过激光扫描系统或电荷偶联照相系统对荧光信号强度进行检测，用计算机软件对检测信号进行分析，判断食品中是否含有待检的目标蛋白及其

含量，由此推断食品中是否含有该蛋白对应的转基因成分及其含量。虽然蛋白芯片在诸如医学等领域的研究与应用取得了一些进展，但与基因芯片技术相比，蛋白芯片技术起步较晚，无论在芯片制备和检测应用等方面都存在一些需要解决的问题，如固定于载体表面特异外源蛋白易失去原有的空间构象从而失去活性；另外，一般样品中目标蛋白的含量较低，所以该方法的检测灵敏度低，需要发展信号放大技术来解决这一不足。因此，到目前为止，该方法在转基因食品的检测领域应用较少。

4 结语

转基因食品直接关系到人们的身体健康和经济利益，随着国内外对转基因食品检测技术研究的深入和人们对转基因食品检测技术要求的提高，迫切需要发展快速、准确、简便、高效、低消耗和适用面广的转基因检测技术。相信随着科学技术的发展和进步，在不久的将来会出现更多更先进更科学的转基因食品检测技术。

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