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1、染色体工程技术主讲：李贵全第一章 绪论概述：染色体工程是以现代生物学为基础的学科，是生命科学的龙头（带头）科学。生物工程分类：细胞工程：染色体工程；染色体组工程；基因工程；细胞质工程；体细胞杂交；克隆（详见第四章）酶工程发酵工程染色体工程研究内容：现存染色体的添加和削减以及新染色体的合成，染色体数目结构的改变，探讨生命机制、发展规律，以达到人工操制改造生物的目的。染色体工程概念：理查德 1966年，个体水平广义染色体工程：应用细胞遗传学技术通过有性杂交和回交体细胞杂交等方法有计划的转移染色体组、染色体、或染色体片段，将亲缘关系较近的染色体杂交，会产生杂交的不可交配型，通过采用外源的生长物质、桥
2、梁亲本预先改变染色体的倍数，用混入母本失活的花粉促进远源花粉萌发的措施均能程度不同的提高远源杂交的结实率，对于那些只能发育到原胚阶段的远缘杂种采用活体离体培养，或者事先诱导愈伤组织再分化成苗的培养方法获得远源杂交后代，即新物种或新种质。染色体工程对研究生物多样性的的意义： “三性”：多样性、多态性、杂合性。五个基因库：栽培品种资源库（第一基因库）野生种质资源库近缘的属或亚属的植物其它属的植物近缘的科植物其他科植物中国农用植物多样性概况我国农用植物有10000种分四大类、22个类群食用植物直接食用：粮食100种、食用油类100种、糖类50余种、蔬菜700种、果树300种、饮料50多种。间接食用5
3、00种牧草2500种工业用植物药用植物环保植物染色体工程与特殊遗传材料方面的研究利用染色体工程人工合成的同源多倍体、非整倍体、异源染色体代换系、移位系、附加系、不孕系、核质置换系，可概括为某种植物染色体（数目、结构）所含基因具有特殊的价值，并通过繁殖将遗传特殊性传递给后代。发现创育、收集特殊材料：1961“中国春”小麦鲍文奎 八倍体小黑麦小偃麦、小冰麦、小簇麦及其附加系染色体工程用于分子生物技术方面的研究利用染色体工程对于作物遗传、育种具有重要的意义，通过远缘杂交、分子生物学手段创育新品种。DNA指纹：染色体中“小卫星DNA”具有高度的特异性，将“小卫星DNA”中的核心序列串联起来作为探针与不
4、同个体的DNA杂交，经过电泳、放射自显影等技术获得的杂交图谱，用于区分不同物种。单体（2n-1）缺体（2n-2）三体（2n+1）品种的三性：稳定性、一致性、特异性。1900年孟德尔的遗传规律重发现被定位遗传学的诞生年限。“五谷” 稻、黍、稷、麦、菽第二章 染色体的一般形态一、有丝分裂中期染色体光学显微镜下：L 0.530m；平均长度6m ；延龄草属30m ；真菌1mR 0.20.3m单冠毛菊2n=4 ；网脉瓶尔小草2n=1260“染色体场”理论：Lima-De-Faria 将真核生物染色体按其大小分为四类第一级，12m称为大染色体。卓私利和端粒之间的距离太大，基因移动的自由度大，易于改变位置，
5、其染色体场是不稳定的。二、着丝粒无色透明的圆点，决定有丝分裂的方向。分类：固定着丝粒新着丝粒无固定位置着丝粒多着丝粒（线虫、蛔虫）位置：中部、末端按照着丝粒在染色体上的相对位置，将染色体分为：等臂染色体、非等臂染色体、点状染色体和 着丝粒所在的位置往往会形成初级缢痕，是染色体的重要特征。三、核仁形成中心核仁染色体上与核仁形成有密切关系的部分Ag-NOR染色技术观察观察时期：减数分裂的粗线期（做分析）特殊结构：着丝粒、染色粒、端粒、核仁形成中心、疖（ji）1.异染色质和常染色质的比较2.染色粒：粗线期分布的念珠状突起，异染色质染色粒染色较深。3.RD（着丝粒）4.端粒5.核仁形成中心草高粱：三系
6、配套，畜牧之用第三章 染色体的功能一、常染色体的功能染色体的遗传单位是基因，基因的遗传单位是核苷酸。（留意）1.连锁提出：1906年 Bateson 贝特森两个或两个以上的非等位基因相结合的频率大于按照独立分配规律期望的现象。2.交换提出：1909年 Janssen 詹森要点：在减数分裂前期（尤其是双线期）配对中的染色体不是简单的平行，而是在某些点显示交叉结构图像，称为交叉，发生在同源染色体上。相连锁的两个基因位于同一染色体的不同位点，若位于不同染色体上表明发生重组。 交换的细胞学证据（略） 基因在染色体上：基因定位的方法（三点测验、三体等） 人类基因组研究：单基因组（22+1），30亿对核苷
7、酸，10万个基因人类基因组计划基因诊断二、性染色体的功能成群互作，代代相传。1.“XY”体系Bridge 平衡理论高尔德 吉普赛蛾 雌雄嵌合体2.Y染色体功能性连锁（伴性遗传）思考题：小麦、水稻等作物有无性染色体？第四章 染色体工程的应用细胞工程分类：染色体组工程：现有染色体组的添加减少以及新染色体的合成。染色体工程：包括染色体和染色体的部分添加、缺失和代换。基因工程：进行基因的重组。细胞质工程：细胞中细胞器的添加或代换。体细胞杂交：染色体组以及细胞中细胞器的添加。染色体组工程一、 染色体组的添加1937年 秋水仙素加倍染色体的报道，迅速发展染色体组添加的方法：1.药物处理秋水仙碱染色体加倍浓
8、度0.01%1%处理分生组织有效浓度为0.2%处理萌发的种子、芽以及禾本科茎的基部。PEG诱导原生质体融合原生质体彼此间的融合，PFG具有消除质膜电荷促进原生质体融合的作用。缺点：后代遗传不稳定（尤其是种子作物）2.环境条件 染色体组添加在育种上的应用利用多倍体植物器官肥大的特点，改造以利用营养器官的栽培植物。多倍体特点：与二倍体相比，器官肥大，结实率低，减数分裂不正常。不育性的利用无籽香蕉（天然产）不产籽原因：染色体相互移位、孤雌生殖，只有雌核发育最终形成三倍体。三价体：联会有三个同源染色体二价体：联会出现复合体，结束时会出现相当于染色体数目一半的二价体。固定杂种鲍文奎的八倍体小黑麦小麦黑麦
9、F1 （4X=ABDR=28）(加倍)异源八倍体（8X=AABBDDRR=56）二、 染色体组的缺失1.单倍体的利用价值突变育种，加快后代纯和速度，缩短育种进程。 。2.单倍体的获得方法用放射线照射花粉后授粉。（木原均、片三义勇X射线处理；赵世绪射线）延迟授粉（在雄蕊有授粉能力时间内延迟授粉）花粉的形态指标 ：单核靠边期刚形成的花粉粒是一个单核的细胞（小孢子），从四分体分离出来时细胞壁薄，含浓厚的原生质，核位于细胞的中央它们从解体的绒毡层细胞吸取营养，不断长大。随着细胞的扩大，细胞核由中央位置移向细胞一侧，此时的称作单核靠边期。花粉/花粉立体培养（单倍体育种）月见草2n=28不定胚：植物孢子体
10、（体细胞）无融合形成的不定胚。花粉直接形成不定胚。第二节 染色体工程一、染色体工程内容：染色体的添加、减少及带环，染色体的部分缺失、倒位、移位数目变异。1.染色体缺失型单体（2n-1）蝗虫、蟋蟀及某些甲虫缺体（2n-2）生活力差、育性下降2.染色体添加型三体（2n+1）四体（2n+2）联会时出现四价体一染色体附加值物：2n+1（异源）二染色体附加植物：2n+2（异源）联会时出现（n+1）个二价体3.染色体代换系同种染色体代换系：缺体四体植物单体三体植物异种染色体代换系：以染色体代换植物：用异种染色体带换一条（联会出现双单体）二染色体代换植物：用异种的一对代换原有的一对。4.染色体结构变异（略）
11、二、染色体工程的应用1.基因定位：单体分析法、缺体分析法2.杂交育种上的应用大麦：三级三体育成杂交种。三级三体：在两个基因组以外，某一染色体具有一个额外的生物即2n+1，该额外的的染色体是完全 或者部分同源于标准型染色体组中的某染色体，因而三体可分为：初级三体、次级三体、和三级三体。3.有用基因的引入小黑麦的抗锈病第五章 现代育种选择分子选择育种选择的意义：在一个群体中选择符合需要的基因型是育种最重要的环节之一，传统育种（常规育种）常选用表现选择的方法，即依据表型推断基因型，表型选择依赖于性状的表现受到许多限制。如：时间、空间、技术。一、质量性状分子选择前景选择：目标基因的选择背景选择：目标基
12、因外的选择，应用于回交育种。回交育种：加快遗传背景恢复或受体亲本基因组成以缩短育种进程。二、数量性状分子选择QTL：quantitative trait locus，数量性状基因座，它指的是控制数量性状的基因在基因组中的位置。标记分数：是加性基因性值的估计值，是与目标性状相关的分子标记的加性效应之和，这些相关的标记可通过性状对标记的逐步回归分析筛选得到。标记指数：标记分数与表型值的线性组合。二者选择的优势只出现在早起世代，随着世代推移逐步消减，三到五代间消失，主要原因标记与选择性状的相关关系逐代改变，因而每个两代重新选择标记是十分必要的。分子选择的应用基因的聚合：将不同分散的有用基因聚合到同一
13、个基因组中，在基因聚合时只关注 目标基因（及前景选择），暂不考虑背景选择。如：水稻的抗稻瘟病。基因的渗入：通过回交将供体亲本（遗传种质或育种的中间材料）中有用的基因渗入到目标材料的遗传背景，从而达到改良目标材料个别性状的目标。前景和背景同时选择。如：水稻的白叶枯病。问题与展望第六章 无融合生殖概念：在种子植物中，大多数种子是有性生殖形成，即雌雄配子结合形成盒子发育成的胚。而有些植物种子的形成并不形成精卵细胞或没有精卵细胞的融合而形成子代的过程。这两种情况往往同时存在于一种植物中。意义：是固定杂种优势的理想途径之一。一、无融合生殖的类型专性无融合生殖：胚的发育完全都是由体细胞或胚而来的其卵细胞不
14、接受任何精子。因而作为母本杂交不可行，其花粉则正常，可作父本杂交，并可将无融合生殖的特点传递给后代。兼性无融合生殖：一个品种兼有无融合生殖和有性生殖两种不同物种有性与无性生殖的比例差异很大，但均以自身的比例平衡遗传，其作为母本时，有性部分可做杂交，无融合生殖部分则不可，单行的则形成胚。F1 代两种类型：杂种型和母本型，母本型与杂种型的比例几位无融合生殖的频率。自主无融合生殖：中央核不受精就可以形成种子。由于胚和胚乳的发育未经受精都是体细胞无融合生殖而来的，故胚乳染色体数目是体细胞的二倍。在许多无融合生殖的物种中，胚的发育和形成必须通过授粉，称为假受精，亦称为诱导型无融合生殖，在这种类型中，尽管卵细胞不受精，但中央核未减数或一或二的极核受精会发育成五倍体胚乳，禾本科无融合生殖大都如此。二、无融合生殖胚囊形成的细胞学1.无孢子生殖：胚囊从孢原
