《动物染色体工程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动物染色体工程（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第1010章章 动物染色体工程动物染色体工程染色体工程染色体工程(chromosome engineering)是按照是按照人们的需要对生物的染色体进行操作人们的需要对生物的染色体进行操作, 添加、添加、削弱或替代染色体，从而达到定向育种或创削弱或替代染色体，从而达到定向育种或创造人工新物种的目的。造人工新物种的目的。骡骡 子子母马和公驴的后代母马和公驴的后代为什么骡子不能繁殖后代？为什么骡子不能繁殖后代？ 马的染色体数是马的染色体数是64条，驴的染色体数是条，驴的染色体数是62条，马的卵子染色体数是条，马的卵子染色体数是32条，驴的精子条，驴的精子染色体数是染色体数是31条，通过精卵结合发
2、育成的条，通过精卵结合发育成的新个体新个体骡子的染色体数是骡子的染色体数是63条。条。 骡子的染色体联绘紊乱因此骡子的生殖细骡子的染色体联绘紊乱因此骡子的生殖细胞不能分化发育成完整的个体。胞不能分化发育成完整的个体。 生育的概率极低生育的概率极低骡子性成熟以后，再形成精子或卵子时，每条染色骡子性成熟以后，再形成精子或卵子时，每条染色体都没有相对应的同源染色体进行配对，这样每一体都没有相对应的同源染色体进行配对，这样每一条染色体分到哪个配子里是随机的，在这些配子中，条染色体分到哪个配子里是随机的，在这些配子中，只有配子里的染色体完全来自于马的，或来自于驴只有配子里的染色体完全来自于马的，或来自于
3、驴的，这样的配子才有生育能力。的，这样的配子才有生育能力。 A mule is a sterile hybrid from a ( ) and a ( ).A. female horse male donkeyB. male horse female donkeyC. female horse male monkeyD. female monkey male horse 狮虎兽（狮虎兽（liger） 雄雄狮狮和雌和雌虎虎交配产生的后代。交配产生的后代。狮虎兽的体型比狮或虎都要狮虎兽的体型比狮或虎都要大，又同时具备两者之间的大，又同时具备两者之间的外貌特征；狮子与老虎相恋、外貌特征；狮子与老虎相
4、恋、怀孕的概率极低，即使在人怀孕的概率极低，即使在人工饲养的环境下，虎、狮受工饲养的环境下，虎、狮受孕的机会也仅为孕的机会也仅为1至至2。幼兽由于先天不足等原因，幼兽由于先天不足等原因，成活率仅为五十万分之一左成活率仅为五十万分之一左右。据资料显示，目前世界右。据资料显示，目前世界上存活的狮虎兽只有上存活的狮虎兽只有20只左只左右。右。 狮虎兽（狮虎兽（liger） 狮虎兽狮虎兽狮狮虎虎虎狮兽虎狮兽动物染色体工程动物染色体工程p染色体倍性改造染色体倍性改造p结构改造结构改造p人工染色体的利用人工染色体的利用10.1 10.1 动物染色体倍性改造动物染色体倍性改造定义：染色体倍性改造工程是指有目
5、的、定义：染色体倍性改造工程是指有目的、有计划地增加或减少一组或几组同源或有计划地增加或减少一组或几组同源或异源染色体，以创造动植物新品种的一异源染色体，以创造动植物新品种的一项染色体工程技术。项染色体工程技术。主要包括多倍体育种和单倍体育种。主要包括多倍体育种和单倍体育种。10.1.1 动物的多倍体育种动物的多倍体育种多倍体多倍体（polyploidy）:是指体细胞中含有三个是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体或三个以上染色体组的个体多倍体产生机制：多倍体产生机制：通过卵细胞第二极体的保留通过卵细胞第二极体的保留或受精卵早期有丝分裂的抑制而实现或受精卵早期有丝分裂的抑制而实现10.1
6、.1 动物的多倍体育种动物的多倍体育种1 1染色体加倍技术染色体加倍技术( (人工诱导人工诱导) )（1 1）化学诱导法化学诱导法秋水仙素秋水仙素：能抑制和破坏纺锤丝的形成，可使染色体正：能抑制和破坏纺锤丝的形成，可使染色体正常复制而细胞不发生分裂，从而形成同源多倍体细胞。常复制而细胞不发生分裂，从而形成同源多倍体细胞。细胞松弛素细胞松弛素B B：是动物多倍体诱导剂，通过抑制动物的：是动物多倍体诱导剂，通过抑制动物的肌动蛋白聚合成微丝，阻止细胞质的分裂。肌动蛋白聚合成微丝，阻止细胞质的分裂。（2 2）物理学方法物理学方法1 1）温度休克法）温度休克法 2 2）水静压法）水静压法 (3(3）生物
7、学方法生物学方法2多倍体的倍性鉴定多倍体的倍性鉴定（1）直接法）直接法 1）染色体计数：）染色体计数：是鉴定多倍体的一个准确的直接方法，是鉴定多倍体的一个准确的直接方法，但比较费时。但比较费时。 2）DNA含量测定含量测定：细胞：细胞DNA含量测定是倍性鉴定的另含量测定是倍性鉴定的另一个有效的直接方法。一个有效的直接方法。（2）间接法）间接法 1）体积测量）体积测量 2）蛋白质电泳）蛋白质电泳 3）生化分析）生化分析三倍体三倍体 triploid人工诱导三倍体的方法人工诱导三倍体的方法p直接途径，直接途径，即用物理或化学的方法对受精卵即用物理或化学的方法对受精卵进行处理，阻碍第二极体外排。进行
8、处理，阻碍第二极体外排。p间接途径，间接途径，即首先诱导获得四倍体，待四倍即首先诱导获得四倍体，待四倍体个体性成熟后再与二倍体个体自然交配，体个体性成熟后再与二倍体个体自然交配，获得三倍体。获得三倍体。鱼类三倍体育种的意义鱼类三倍体育种的意义 p三倍体是非偶数染色体组，故阻碍了生殖细胞三倍体是非偶数染色体组，故阻碍了生殖细胞正常的减数分裂，结果导致性腺不能发育。不正常的减数分裂，结果导致性腺不能发育。不育的三倍体经济鱼类因为没有性成熟阶段性腺育的三倍体经济鱼类因为没有性成熟阶段性腺发育的能量损耗，所以有以下优点：发育的能量损耗，所以有以下优点：避免了性腺发育阶段和产卵季节鱼肉质量下降避免了性腺
9、发育阶段和产卵季节鱼肉质量下降并延长了上市时间并延长了上市时间避免了性腺发育阶段的生长停滞和死亡率增加避免了性腺发育阶段的生长停滞和死亡率增加缩短了养殖周期，减少了养殖成本并可养成大缩短了养殖周期，减少了养殖成本并可养成大型个体型个体利用三倍体鱼类不育性的优点，利用三倍体鱼类不育性的优点，人们可以达到这样的目的：人们可以达到这样的目的：获得生长速度较快的三倍体品种，提高鱼类获得生长速度较快的三倍体品种，提高鱼类养殖的经济效益养殖的经济效益控制养殖鱼类的过度繁殖和防止对天然资源控制养殖鱼类的过度繁殖和防止对天然资源的干扰的干扰湘云鲫湘云鲫由湖南师由湖南师范大学生命科学学范大学生命科学学院院刘筠刘
10、筠院士培育院士培育 TriploidGrassCarp三倍体草鱼三倍体草鱼3动物多倍体育种的意义动物多倍体育种的意义1 1）多数具有良好的生长率）多数具有良好的生长率2 2）低等动物的种间杂交优势非常明显）低等动物的种间杂交优势非常明显3 3）巨大性）巨大性4 4）育性低）育性低( (四倍体可育四倍体可育) )10.1.2 动物的单倍体育种动物的单倍体育种1人工单性生殖人工单性生殖（1）雌核发育）雌核发育gynogenesis dindenisis （2）雄核发育）雄核发育androgenesis ndrdenisis 10.1.2 动物的单倍体育种动物的单倍体育种1 1人工单性生殖人工单性生
11、殖雌核发育：雌核发育：指精子虽然能正常地钻入卵子中并激指精子虽然能正常地钻入卵子中并激活卵子，但精子的细胞核并未参与卵球的发育，活卵子，但精子的细胞核并未参与卵球的发育，胚胎的发育仅在母体遗传物质的控制下进行。胚胎的发育仅在母体遗传物质的控制下进行。定义：定义：经遗传失活的动物精子刺激而使卵子发育经遗传失活的动物精子刺激而使卵子发育为正常的二倍体动物。为正常的二倍体动物。 研究较多研究较多抑制第二极体外排抑制第二极体外排抑制第一次卵裂抑制第一次卵裂精子遗传物质失活精子遗传物质失活Haploid embryos are generated by mock-fertilizing eggs wit
12、h UV-irradiated sperm (which cannot contribute genetically), and can survive a few days. Haploids can be rescued by suppressing formation of the polar body with pressure treatment shortly after fertilization. 抑制第二抑制第二极体外排极体外排朱朱洗洗 细胞学家。浙江临海人。细胞学家。浙江临海人。19311931年获法国国家博士学年获法国国家博士学位。中国科学院实验生物研究所研究员、所长。长
13、位。中国科学院实验生物研究所研究员、所长。长期从事两栖类、鱼类、家蚕等动物卵子成熟、受精期从事两栖类、鱼类、家蚕等动物卵子成熟、受精等研究等研究 。19611961年使人工雌核发育的雌蟾蜍与雄蟾蜍交配，繁年使人工雌核发育的雌蟾蜍与雄蟾蜍交配，繁殖出殖出没有外祖父的蟾蜍没有外祖父的蟾蜍，证明了单性生殖的高等动，证明了单性生殖的高等动物仍保有传代的能力。物仍保有传代的能力。10.1.2 动物的单倍体育种动物的单倍体育种1 1人工单性生殖人工单性生殖雄核发育：雄核发育：用经过紫外线、用经过紫外线、X X线或线处理的卵线或线处理的卵子与正常的精子受精，再在适当时间施以冷、热子与正常的精子受精，再在适当
14、时间施以冷、热或高压等物理处理，使进入卵子内的精子染色体或高压等物理处理，使进入卵子内的精子染色体加倍，而发育成完全为父本性状的二倍体。加倍，而发育成完全为父本性状的二倍体。定义：定义：遗传失活的卵子与精子结合，发育成只有遗传失活的卵子与精子结合，发育成只有父本染色体个体的一种特殊生殖方式。父本染色体个体的一种特殊生殖方式。 研究较少研究较少2 2人工诱导雌核发育的方法人工诱导雌核发育的方法（1）精子遗传物质的失活）精子遗传物质的失活 辐射处理（辐射处理（紫外线紫外线）、化学物质、直接）、化学物质、直接去除受精卵中的雄心原核去除受精卵中的雄心原核（2）细胞分裂的阻止）细胞分裂的阻止 温度休克、
15、静水压力、化学抑制剂处理温度休克、静水压力、化学抑制剂处理Heat-shock treatment to activated/fertilized eggs of Indian major carps to induce diploid gynogenesis/polyploidy respectively 热休克热休克3 3雌核发育的鉴别雌核发育的鉴别鉴别雌核发育的个体，通常以颜色、形状和鉴别雌核发育的个体，通常以颜色、形状和生化等方面的指标为根据。生化等方面的指标为根据。目前，还采用细胞学和遗传标记的方法目前，还采用细胞学和遗传标记的方法10.210.2 动物染色体结构的改造动物染色体结构
16、的改造染色体片段的删除和重排染色体片段的删除和重排染色体的易位工程染色体的易位工程10.3 人工染色体人工染色体 人工染色体人工染色体酵母人工染色体酵母人工染色体细菌人工染色体细菌人工染色体哺乳类人工染色体哺乳类人工染色体人工染色体的应用人工染色体的应用人工染色体人工染色体 染色体要确保在细胞分裂中保持稳定性，必须要能够自染色体要确保在细胞分裂中保持稳定性，必须要能够自我复制和向子细胞中平均分配，需要我复制和向子细胞中平均分配，需要3个关键序列：个关键序列： 1.自主复制自主复制DNA序列（序列（ARS） 是是DNA复制的起点，确保染色体能够开始自我复制。复制的起点，确保染色体能够开始自我复制
17、。 2.着丝粒着丝粒DNA序列（序列（CEN） 确保染色体在细胞分裂时能平均分配到子细胞中。确保染色体在细胞分裂时能平均分配到子细胞中。 3.端粒端粒DNA序列（序列（TEL） 使使DNA能结束复制，确保染色体的独立性和稳定性。能结束复制，确保染色体的独立性和稳定性。人工染色体人工染色体 artificial chromosome 定义：定义：人工构建的含有复制起始点、着丝粒人工构建的含有复制起始点、着丝粒和端粒三个关键序列的载体系统。和端粒三个关键序列的载体系统。 现正在研究的人工染色体有三种：现正在研究的人工染色体有三种： 酵母人工染色体酵母人工染色体（yeast artificial c
18、hromosome, YAC）细菌人工染色体细菌人工染色体（bacterial artificial chromosome, BAC）哺乳类人工染色体哺乳类人工染色体（mammalian artificial chromosome, MAC）YAC: Yeast Artificial ChromosomeThe size of a DNA piece that can be reproduced in YAC is 10 times greater than that which can be reproduced in bacteria. Techniques for cloning gen
19、omic DNA into YAC make it possible to analyze very long DNA sequences like human genes.BACs : Bacterial Artificial ChromosomeIn support of the functional analysis of genes, the BACs are very useful for making transgenic animals with segments of human DNAs.BAC is a vector used to clone DNA fragments
20、(100- to 300-kb insert size; average, 150 kb) in Escherichia coli cells.10.3.4 人工染色体的应用人工染色体的应用物理图谱和定位克隆物理图谱和定位克隆基因功能鉴定和转基因的研究基因功能鉴定和转基因的研究染色体结构和功能关系研究染色体结构和功能关系研究基因治疗基因治疗第三篇第三篇 植物细胞工程植物细胞工程 植物组织培养植物组织培养根、芽根、芽完整植株完整植株脱分化脱分化细胞分裂素细胞分裂素生长素生长素再分化再分化离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织植物细胞工程的主要技术：植物细胞工程的主要
21、技术：植物组织培养植物组织培养植物的快速繁殖植物的快速繁殖体外单倍体诱导与单倍体育种体外单倍体诱导与单倍体育种植物胚胎培养植物胚胎培养体细胞胚胎发生与人工种子体细胞胚胎发生与人工种子植物原生质体融合技术植物原生质体融合技术植物染色体工程植物染色体工程植物转基因技术植物转基因技术思考题思考题简介动物染色体倍性改造的主要方法。简介动物染色体倍性改造的主要方法。何谓雌核发育？如何人工诱导雌核发育？何谓雌核发育？如何人工诱导雌核发育？何谓人工染色体？有何应用价值？何谓人工染色体？有何应用价值？请请简介鱼类三倍体育种的方法和意义简介鱼类三倍体育种的方法和意义。gynogenesis Androgenesisartificial chromosome
