1．转基因鱼研究背景
随着基因学说的建立和遗传的物质基础——DNA的发现，遗传学研究开始进入分子水平。基因功能及其调控表达机制是分子遗传学亟待回答的问题，基因转移方法被认为是研究这一问题的可能途径。早在60年代，芒罗（Munro）将具有特殊脚爪特征的矮脚鸡DNA注入到白色来航鸡的卵巢中，得到具有矮脚鸡脚爪特征的来航鸡后代，证实了外源基因在受体中具有生物功能。此后，在动物培育细胞和海胆、爪蟾、果蝇等低等动物中进行了外源基因转移研究，研究发现，外源基因在受体细胞中能进行复制，产生正确的转录本和基因产物，少数基因拷贝能整合到受体细胞的基因组中，在基因功能和调控表达机制研究中取得了重要进展。
1982年，帕尔米特（Palmiter）等将大鼠生长激素重组基因导入到小鼠受精卵中，培育出具快速生长效应的“转基因超级鼠”。“超级鼠”的出现进一步证实外源基因在受体中能正确表达，并产生相应的生物学效应，同时预示着转基因方法在基因工程育种研究中的巨大潜能。
鱼类是人类主要蛋白质来源之一，具有重要经济价值。同时，鱼类还具有怀卵量大、体外受精、体外发育、胚胎操作简便和易于观察分析等特点，是进行基因转移研究的理想材料，动物基因工程育种研究有可能在鱼类首先获得成功。
2．基因转移方法
外源基因导入受体细胞有多种方法，主要有显微注射、电脉冲、精子携带、磷酸钙共沉淀、脂质体融合、逆转录病毒转染、微弹轰击和激光介导等方法。鱼类基因转移中主要采用前3种方法。
显微注射方法是目前广泛使用、效果较好的一种方法。鱼卵受精后，用胰蛋白酶消化或机械方法去除卵壳，得到裸卵。在解剖镜下，将玻璃微针中的外源DNA溶液直接注入受精卵动物极中，每卵注射1×10-12m3～2×10-12m3，约含1×106外源基因拷贝。裸卵的显微注射和以后的胚胎发育在无菌赫氏液中进行。显微注射方法一般需要在裸卵中操作，注射过程对鱼卵产生一定的机械创伤，因此，该方法适用于卵壳较软、易于去除，并对机械创伤具一定承受能力的鱼类。
电脉冲转移方法最好也在裸卵中进行。该方法将裸卵直接浸泡在外源DNA溶液中，通过一定强度的电脉冲处理，外源DNA进入裸卵的动物极，部分DNA拷贝可整合到受精卵基因组中。电脉冲方法导致外源DNA转移的机制目前尚不清楚。这一方法操作比较简单，可同时处理大量的受精卵，但电脉冲处理时DNA转移无定向性，转移效率较低。
精子携带方法是一种相对温和的基因转移方法，转移过程对卵子不产生机械创伤。精子在保存液中与外源DNA混合，经过一段时间的温育或电脉冲处理，外源DNA进入精子细胞内，经过正常的受精过程，精子将外源DNA导入受精卵中。这一方法的局限性来自处理后精子细胞的受精能力，不同种类精子的处理条件有较大差异。
3．转基因鱼模型与基因工程育种
外源基因导入受精卵后经历一系列复杂的生物学过程。模型研究发现，外源基因在胚胎发育早期进行大量的复制，DNA分子以串联的方式连接成多聚体。从原肠期开始，外源基因DNA被逐渐降解或丢失，最后少数外源基因拷贝整合到受体基因组中。外源基因在基因组中的整合行为也极为复杂，在时间上，细胞间外源基因的整合过程是不同步的，整个胚胎发育过程中表现为渐进性，在空间上，外源基因的整合位点是随机的，可能整合到细胞染色体的不同位点或多个位点。外源基因在染色体中整合位点的差异对其表达及转基因鱼胚胎发育产生不同影响，概括起来有3种方式，即“有效整合”、“无效整合”和“毒性整合”。由于外源基因整合的随机性和多样性，转基因鱼是外源基因的“嵌合体”，整合在性腺细胞基因组中的外源基因则可通过生殖细胞传递，遗传转基因鱼的获得性状。
转基因鱼模型研究为鱼类基因工程育种奠定了理论基础。基因工程育种从根本上摆脱了物种遗传壁垒和有限育种资源的桂桔，通过对鱼类基因组的定向改造，获得高产、优质、抗逆的鱼类养殖新品系。鲤鱼基因工程育种研究中，以鲤鱼β-肌动蛋白基因启动子和草鱼生长激素基因编码顺序构建重组“全鱼”生长激素基因，通过基因转移方法，研制出快速生长的转基因鲤鱼，转基因鱼在120d生长期内，体重可高达2600g，是对照鲤鱼的4倍。鱼类营养和能量学的深入研究发现，转基因鱼的快速生长效应来自对饵料蛋白的高效转化和能量代谢的优化分配，而非简单的“多食快长”。快速生长转基因鱼可望成为渔业生产的理想养殖对象。
正如模型研究中指出的，外源基因在转基因鱼基因组中随机整合，转基因鱼远非一个稳定遗传品系。采用传统的选育方法建立稳定遗传品系需要漫长的时间，迅速培育转基因鱼稳定遗传品系的可能途径在于，建立鱼类细胞基因定点整合技术，实现外源基因在鱼类细胞基因组中的稳定整合，通过鱼类细胞核移植方法，培育转基因鱼克隆纯系。基因定点整合技术已成功应用于哺乳类细胞基因组改造，鱼类细胞核移植技术亦日臻完善，培育稳定整合转基因鱼克隆纯系指日可待。
4．前景与展望
快速生长转基因鱼的成功研制展示了鱼类基因工程育种研究的广阔前景，从更长远看，转基因鱼研究的意义并非仅限于此。随着鱼类细胞基因定点整合技术和转基因鱼克隆实验体系的建立，转基因鱼将成为基因功能研究的理想模型，由于鱼类发育生物学特点，转基因鱼模型在胚胎发育相关基因功能和人类疾病模型研究中具有独特的优势。另一方面，通过基因组的定点改造和修饰，转基因鱼可高效表达目的基因蛋白产物或合成相关代谢产物，并在鱼类特定组织中富积，成为高效的“生物反应器”，生产廉价的珍贵蛋白质和生物药物。可以相信，转基因鱼研究将在农业、医药和人类健康等诸多领域发挥重要作用。
