生物技術專輯 

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把一段外來的基因或核酸片斷，經過外在力量 (如注射、通電、粒子槍或化學藥劑等) 迫使它進入配子、胚胎或體細胞的細胞核或細胞質內，好讓外來基因能在胚胎或細胞中繼續複製，進而在個體上表現該段外來基因的特色，稱為 基因轉殖 (gene transfer)。 像這樣處理過的魚因具有外來基因特有的功能，就被稱為基因轉殖魚 (transgenic fish)。

基因轉殖應用在水產動物上是近幾年興起的一項科技。因為魚蝦貝類是人類重要的蛋白質來源，基因轉殖可以用來改良品種；在分子生物的基礎研究方面，魚是脊椎動物且具有其他模式動物所沒有的優點，例如像稻田魚 (medaka) 和斑馬魚 (zebra fish) 這類 model fish 擁有卵多，卵徑大，透明 (可觀察器官形成)，用光即可控制排卵，又可以每天排卵，沒有產卵期限制，操作簡單、成熟期只有 2-3 個月，且基因體只有哺乳類的 20% 大小。

將外來基因導入卵內的方法有很多，如添加氯化鈣或 polyethylene glycol，微脂粒法、病毒感染法、胚幹細胞法、顯微注射法、電破法、粒子槍法及精子載體法；其中以顯微注射法及電破法最普遍。

精子載體法是利用精子攜帶外來 DNA，然後與卵受精，就將外來 DNA 傳遞到受精卵內。這項轉殖方法是近年來才發展出來應用在魚類轉殖的最新技術。它的最大優點就是簡單、方便；不必去考慮有些經濟水產動物的卵其透明度不夠，絨毛膜太厚或者動物極看不見等等的缺點。而且，一次可以處理數以萬計的魚卵。所以，精子載體法比起任何一種以卵為轉殖法快速，簡便而實用。

圖一 

圖一  利用精子載體法攜帶生長激素基因所得到的基因轉殖泥鰍與控制組泥鰍的生長比較。六個月大的基因轉殖魚 (箭頭所指)  其平均體重約為控制組的 2.5 倍大。

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本實驗室開發了這個技術，並成功地讓精子攜帶外來基因且轉入到卵內，例如轉殖生長激素基因而得到長得較快的泥鰍 (Tsai et al., 1995; 圖一)，九孔 (Tsai et al., 1997; 圖二) 以及淡水蝦 (Li and Tsai, 2000)。 同時，也用肌肉顯微注射法可以讓白色鯰魚產生花紋 (Tseng et al., 1995; 圖三)。本實驗室利用分生技術進行研究與視覺有關的受光蛋白基因，以及與肌肉分化有關的核蛋白基因，並利用模式魚種的基因轉殖方式來解析這些基因組織專一性的調控區域，如眼睛帶有綠螢光 (圖四)，肌肉纖維帶有綠螢光 (圖五) 以及全身發綠光的轉殖魚 (圖六)。

圖二

圖二  利用精子載體法攜帶生長激素基因所得到的基因轉殖九孔 (右圖) 與控制組九孔 (左圖) 在六個月大時的生長比較。

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圖三

圖三  利用注射色素基因產生花紋(箭頭所指) 的白色變種鯰魚。 在下側相對位置沒有任何花紋的是注射不含 DNA 溶液的控制組。

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圖四

圖四  綠螢光眼睛的基因轉殖魚   魚類受光蛋白基因控制視網膜專一性表現的上游序列與綠色螢光基因相接，然後利用顯微注射將這段 DNA 打到魚卵內，幾天後即可以觀察到只有眼睛才會有綠螢光出現 (箭頭所指) 的基因轉殖魚。

圖五

圖五  有綠螢光肌肉條紋的基因轉殖魚    魚類控制肌肉專一性表現的上游序列與綠螢光基因相接，然後利用顯微注射將這段 DNA 打到魚卵內，在胚胎發育過程中即可觀察到只有肌肉纖維才會有的綠螢光出現的基因轉殖魚。

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圖六

圖六  全身性綠螢光的基因轉殖魚   將沒有專一性表現之基因的上游序列與綠螢光基因相接，然後利用顯微注射將這段 DNA 打到魚卵，結果出現全身都會發綠光的基因轉殖魚。

近年來已有越來越多的研究報告刊登基因轉殖成功的例子，同時也奠定了基因轉殖魚類在分子生物及應用科學方面不可忽視的潛力。在分子生物基礎研究方面提供了一個簡單有效的方面來研究脊椎動物基因在 in vivo 情況下的調控及功能。

應用方面，在魚蝦貝類的品種改良提供了另一項可運用的途徑。因為我們可以篩選到轉殖成功的魚蝦貝類，除了多表現出轉殖基因的特性之外，其他本身原來就具有的優良遺傳特質還能完全地被保留的品系。這些不只在親代個體可以較佳地表現外來基因，而且能穩定的將轉殖基因遺傳給下一代。這與傳統的品種改良相比就顯得比較直接、容易而有效。

所以基因轉殖運用在水產種苗上，可說是一項相當先進的科技，亦對水產界的助益良多，可以依環境的條件，生產耐寒、耐鹽、抗凍、抗病、生長迅速及肉質佳之種苗，不但可以突破環境限制迅速成長、增加活存率及降低生產成本，使水產養殖業加速產業昇級及提供人類更多更優質的蛋白而造福人群。

至於基因轉殖在水產方面我們還應當注意的是： (1) 生產之種苗不能對生態環境造成太大的衝擊。例如利用基因轉殖所生產長的很快的品系，容易形成環境中的優勢族群；若不小心管理將會對原有的生態平衡造成影響。因此，除了立法加強規範之外，我們也可把基因轉殖後之子代變成無孕育能力，使他們無法繁殖下一代，這樣會是避免破壞環境生態的一種保障。 (2) 基因轉殖運作時所使用的基因盡量考慮以同種或類緣關係較近基因，不要導入病毒、細菌的基因或其他有害的基因，好讓各種水產動物能保留原有的基因庫及多樣性。

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參考文獻

Tsai et. al. (1995) Can. J. Fish. Aquat. Sci. 52: 776-787.

Tseng et. al. (1995) Fish. Sci. 61: 163.

Tsai et. al. (1997) Transgenic Res. 6: 85-95.

Li and Tsai (1999) Mol. Reprod. Dev. (in press)

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