染色体工程笔记校对版

1、绪论1染色体工程技术是以现代生物学为基础，是生命科学发展的前沿学科和龙头学科。2生物工程：酶工程 发酵工程 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）3染色体工程技术的主要任务：研究现有chr组的增加和削减，以及新chr的合成，研究chr的数目行为 结构的变异 探索生命发生发展的机制和规律，进而达到人工控制和改造生命遗传变异的目的，涉及学科较多，如细胞遗传学 细胞分类学 细胞地理学 物种生物学遗传学包括经典遗传学 数量遗传学 分子遗传学 人类遗传学 行为遗传学 时控遗传学 量子遗传学 毒理遗传学 植物/动物/微生物遗传学 群体遗传学 光生物学涉及的基础学科：植物学

2、遗传学 动植物生理学4染色体工程技术这一术语是由理查德1966年提出来的，目前仍在个体水平上进行，广义的染色体工程包括应用细胞遗传学技术 通过有性杂交和回交 体细胞杂交的方法，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进行杂交时会产生杂交的不可交配性，通过用外源的生长物质桥梁来预先改变染色体的倍数，用混入失活的亲本花粉促进远缘花粉萌发的措施均能程度不同的提高远缘杂交结实率，对于只能发育原胚阶段的远缘杂种采用活体离体培养的方法或者是先诱导愈伤组织分化成苗的分化培养法获得远缘杂交的后代称新物种或新种质 chr概念 分类 chr组 注意区分n x n：配子体所含染色体组。X：系统

3、发育的结果一个chr组中的chr数目 Eg：普通小麦（6倍体）2n=6x=425染色体工程对于研究植物多样性的意义： 生物多样性的主要组成部分主要是农作物 农作物的多样性不仅包括任何地区任何时间所栽培的植物中全部的基因遗传（基因库），还包括半驯化半野生的种，采，伐，接 摘，放牧过程中人类所利用的多种植物，这种资源越丰富，改良育种多样性越多。 农作物基因库按血缘关系的远近分为：a第一基因库栽培品种资源基因库b野生种质资源基因库c近源属或亚属植物基因库d其他属植物基因库e近缘克植物基因库f其他科植物基因库 包括半驯化半野生的种6中国农用植物多样性的概括（名词 概念）据不完全统计我国农用植物1万种左

4、右可分为3个大类22个类群 a食用植物：在直接食用的植物当中，包括粮食作物100种，食用油类植物100种糖类植物50余种蔬菜类200余种果树类300余种饮料类50种 间接食用的植物：饲料类500余种 牧草类2500余种b工业植物：木材2000种 橡胶类50余种 芳香油植物350种 工业油类500种 柔质类300种 色素类60种 纺织类150种 昆虫胶植物（染色剂） 醋酸洋红染色剂来源于胭脂虫雌虫以内c药用植物 5000余种（人用） 兽用药用植物500种 土农药200种d环保植物：观赏类500种 指示类160种 固沙防沙类 固N植物农作物：抗病 抗逆 丰产 优质 育种目标：高产（稳产） 优质多抗

5、中国是禾谷类植物籽粒糯性基因的起源中心：稻 粟（小米） 黍 高粱五谷：稻 黍 麦 稷（高粱）菽（豆类）7染色体工程与特殊遗传材料方面的研究 特殊遗传材料主要是利用染色体工程技术人工合成的同源多倍体，非整倍体 异源染色体代换系 易位系 附加系 不孕系 核质置换系 可以概括为某物种染色体数目或结构变异所包含基因有特殊价值并能够通过繁殖将遗传特性传递给子代的材料 非整倍体：单体（2n-1）蝗虫甲虫 缺体（2n-2） 三体(2n+1) 四体（2n+2）eg：“中国春”小麦：普通小麦*黑麦 鲍文奎：中国科学院院士以中国春为背景选育出一只哦那个春小麦（小偃麦 小冰麦 小簇麦 及其附加系 代换系 易位系 不

6、少具抗病 抗旱 抗逆 抗寒 耐盐性） 转基因植物a大豆：抗除草剂基因 b棉花：抗棉虫基因 此外还有火铜草 荞麦8染色体工程应用于分子生物学方面的研究（4种） 对自主发生的DNA序列多态性进行检测和利用使作物遗传资源和育种研究具重要意义和新的发展，利用染色体工程用于远缘杂交的研究，在新种质创育方面取得显著成绩如8倍体小黑麦的研究 棉花远缘杂交的研究 杂交水稻的研究 小麦染色体工程研究 目前用于分子标记的类型:：a.RFLP:：（最早发展起来的）用限制性内切酶酶切不同个体基因组DNA后，用印迹转移杂交（即探针杂交用一段已知序列的核酸片段作探针与变性后的单链基因组DNA接触时，如果两者的碱基完全配对

7、，则可褪火成双链通过标记的DNA探针探测有无阳性信号，从而表明被检测基因组DNA中是否含有已知的DNA序列，它是目前基因诊断的一种方法）的方法检测同源序列，酶切片段长度上的差异（也有人称之为限制性片段长度多态性（RFLP） b RAPD：随机扩增多态性，用短的DNA寡核苷酸作为随机产物，对基因组DNA进行PCR扩增而产生多态性的DNA片段，其特点是不依赖于种属特异性和基因组的结构合成一套引物，可以用于不同生物的基因分析，它基于PCR技术，分析程序简单所需DNA量很少，遗传上呈显性，已被广泛应用于基因的快速定位和遗传作图，但其受反应条件的影响较大，因而重复性交差 c SSR：又称微卫星DNA（短

8、的串联的 简单的重复序列）是指含有n个（1-5）碱基对串联，重复的DNA序列，由于这些序列广泛存在于其核细胞的基因组，串联重复的数目是可变的而呈现出高度多态性以及在单个微卫星位点上可作共显性的等位基因分析，近年来，微卫星序列作为比较理想的分子结构标记广泛用于遗传图谱的构建，同一种族以及系统发育的研究。（4) AFLP：扩增的限制性片段长度多态性，是揭示DNA指纹的一种新技术，其原理非常简单，引物设计非常巧妙；基因组DNA经限制性内切酶完全消化以后，在限制性片段两端连接上人工接头作为扩增的模板，设计的引物与接头和酶切位点互补，并在3端加上23个碱基，因此，在基因组被酶切后的无数个片段中只有小部分

9、限制性片段被扩增，即只有那些与引物3端互补的片段才能进行扩增，这种扩增方式称选择性地扩增。（5) DNA指纹：电泳和层析相结合分析DNA带纹的一种分析方法。用AFLP鉴定的多态性是典型的按照孟德尔遗传方式选择的，因此，目前认为AFLP是构建遗传图谱的最好的方式，在鉴定遗传多样性和物种亲缘关系过程中，也显出较大优势。 用以上五种分子标记绘制基因图谱·比较基因组作图等差异使我们可以在分子水平上比较基因组的差异，进一步将分子标记用于作物育种、种子创新的辅助选择。 第二章 染色体工程的细胞学基础染色体的一般形态：1、 有丝分裂中期的染色体：长度：一般为6微米，最长的染色体存在于植物的延龄草属

10、，其长度超过30微米，最短的小于1微米，存在于真菌类灯芯草属。染色体场：把真核生物染色体按大小分为3个大家等级：第一级：染色体长度小于1微米，称为微小染色体，所含基因较小，其染色体场是发育不全的。第二级：1-4微米长，称为小染色体，已具有正常的着丝点和端粒，不过，由于两者相距太近，其基因调动的自由度非常小，相邻基因有着很强的相互影响，其染色体场是很严格的。第三级：4-12微米，称中等大小的染色体（中染色体），着丝粒之间的距离适宜，包含有DNA序列的主要类型，其染色体场处于最合适的工作条件。第四级：长度大于12微米，称大染色体，着丝粒和端粒相距太远，基因移动的自由度大，容易改变位置，染色体场是不

11、稳定的，一般认为第3级的染色体是最适于基因的调控和表达的染色体场，大多数生命具有这种大小的染色体，表明这也是自然选择的结果，染色体太大或太小对生物的进化都是有不利之处。2、 着丝粒：分类：（1）有固定位置的着丝粒（2）新着丝粒（3）无固定位置的着丝粒（包括多着丝粒和全身性着丝粒）在一般情况下，着丝粒式有固定位置的；减数分裂的末期染色体末端先移动，（3）类染色体纺锤体附着时无固定位置，多着丝粒（eg.蛔虫、线虫）。3、 核仁形成中心区（NOR)：是细胞核特定染色体次益痕处含有rRNA基因的一段染色体区域，与核仁形成有关。核仁与随体关系密切，如：豌豆 2n=14 有4个核仁，两对随体（4&

12、7）核仁是rRNA在染色体上合成的场所。细胞分裂中期，染色体发生固缩。异固缩：染色体或染色体的某些部分与所有其他染色体不同步的呈螺旋现象。正固缩部分的螺旋化遭遇其他染色体。细胞研究所用染料：1921 Beling:醋酸杨红（适用至今）。现：卡宝品红Ag-NOR技术：用AgNO3对细胞染色，Ag+和核仁（蛋白）反应，呈现褐色（棕色）。4、 减数分裂的粗线期染色体 （1）减数分裂粗线期在很多方面对于染色体研究是很重要的，高粱、玉米、大麦、人类的染色体都被做过粗线期的研究，粗线期的分析对于染色体较短的物种（如：大豆、棉花） （2）异染色质核常染色质的比较：这两种结构最初是在细胞水平上发现的，他们是不

13、同类型的染色质。1907年有人描述了异染色质在细胞分裂间期，在染色体螺旋周期上存在异固缩的特性。干细胞：有分裂能力的细胞。 （3）染色粒：粗线期染色体全部长度上分布的念珠状突起（跨大） 染色粒式连续DNA丝的局部螺旋化产生的结构，他们可能代表着DNA的复制、合成，一RNA 的合成和加工的单位异染色质的染色粒比常染色质的染色粒染色更深，似乎也要大一些，因而，被称为大染色粒，从而与微小染色粒对应。 （4）RD着丝粒（减数分裂）：粗线期的着丝粒往往特征性地区别于有丝分裂中的粗线期着丝粒。在许多动植物中，粗线期的着丝粒含有大小不同的1-3对染色粒，它们通过细线和染色体臂相连接，不少人对这一结构做过的细

14、胞研究认为，着丝粒是一种复合的结构，这种结构可以被断裂，而每个断裂的部分都能像单独的染色粒一样行使功能。 （5）端粒：染色体上增大了的末端染色粒，它们看起来是构成染色体整体所必须的成分，就像着丝粒那样，当端粒缺掉时，染色体就不能正常发挥作用。端粒好像能把染色体的末端封闭起来，使它们不能和别的断裂染色体相连接。在特定情况下，端粒可能有着丝粒的活性，因而，被称为新着丝粒。有人又在若干植物中研究端粒的复合结构，认为它们包含了两个独立的有明区别的区域，叫原端粒和真端粒。原端粒是具有明显界限的末端的染色体结构，通常含有1-3歌染色较深的大染色粒。真端粒是与原端粒相连接的染色较浅的亚端区段。一个复合的端粒

15、可能包含有多至8个不同的染色粒，这种结构可能部分断开，但不丧失其遗传功能。根据电镜研究，端粒含有不规则折叠的chromatin，它们很少生长到染色体末端而是重回到chromatin中去。 （6）NOR：在粗线期比较容易识别，这是由于在减数分裂的这一时期，核仁直接和这一区域相连接，在前期时，在这一区域可以辨认出特殊的染色粒（叫核仁形成中心端粒），在减速分裂前期可在细胞中看到一个异固缩的疖，认为它就是NOR。 第三章 染色体的功能常染色体遗传单位是基因 基因的遗传单位是核苷酸连锁交换；genome：整套常染色体所含的DNA分子以及DNA分子所携带的全部遗传指令。遗传的染色体学说建立以后，进一步了解

16、了染色体与基因的关系，染色体上带有的基因，它们在染色体上呈直线排列。连锁现象最初由Bateson提出（1906）他研究的香豌豆两类性状的遗传，发现来自同一亲本的基因较多的连在一起。*连锁是指两个或更多的非等位基因在遗传中结合在一起的频率大于独立分配规律期望的现象。基因的连锁表示他们处在同一段染色体上，由此产生染色体的稳定性；这一概念把任何形式的染色体断裂的可能性排除在外。趋向于成群遗传，而不是单独的遗传基因称之为连锁群，即位于同一染色体上不能进行自由交换的基因群。在许多动植物中已经建立这样的连锁群，其中连锁最为完全的是果蝇，其次是玉米和链雹霉菌，连锁的遗传资料均来自于杂交。 1、 交换：带有亲

17、本原有基因组合的配子比带有新的基因组合的配子多，这种情况在动植物的连锁遗传实验中都能看到，而且每一对连锁基因的重组频率多少是固定的，或者从另一个方面讲，连锁强度多少是固定的，但不同的连锁基因之间是不同的。连锁包括完全连锁和不完全连锁：在完全连锁的情况下，子代只表现亲本型，当两对基因为不完全连锁时，子代既有亲本型配子，又有重组型配子。1909年，Jansense 根据两栖类直翅目的昆虫的减数分裂的观察，在摩尔根确立其染色体学说之前就提出了“交叉型”假说，有两个要点：（1）在减数分裂的前期（尤其是双线期)配对中的染色体不是简单的平行，而是在某些位点上现实出交叉。缠结的图像，每个点上这样的图像称为一

18、个交叉，是同源染色体之间对应的片段发生交换的地方。（2）相互连锁的两个基因位于同一染色体的不同地点，如果这两个地点之间发生交换就导致这个连锁基因的重组，以后的研究也证实了这个假说。3、 交换的细胞学证据：减数分裂时染色单体之间发生交换，可以在显微镜下看到，它是通过同源染色体各有一条染色单体被涉及到得形成中去，以后要把描述的发生于减数分裂中的事件将是我们进一步认识交换的物质机制。这里，我们提到同源染色体在早前期就进入紧密的联合，然后，在双线期分开，此时，同源染色体互换已经完成，而且交叉点上已开始在细胞学形态上表现出来，这些点自然就是所谓的交换点，它起初是被用来说明细胞学或物理学现象的遗传学文字，

19、因此，交换就代表着同源染色体之间染色单体的交换。4、 基因在染色体上的定位：染色体的主要功能之一就是限制基因的转录，细胞遗传学家们都热衷于把基因首先标定到特定的染色体上去，如果还可能的话，再标出它们在染色体上的位置连锁和交换的研究不仅说明基因是位于染色体上的，还说明基因上是固定在一定的位置上的，并且，相对的基因(j即等位基因）在两条同源染色体上的位点是一致的，只有这样才有可能相互交换，如果两个等位基因不是位于同源染色体上的相同位点，而是一前一后，职责即使发生染色体的重组，也不能发生等位基因的交换。在杂交育种中基因定位最广泛的应用时三体（2x+1) 人类基因组的研究单基因：人类基因组包括22条常

20、染色体和2条性染色体，有3092个核苷酸对组成，估计人的基因总数约10万个。人体基因组DNA全序列分析简称基因组的研究，就是要分析、测定30亿个核苷酸的排列顺序，破译核苷酸序列中所包含的遗传信息，弄清楚它们的生物学功能。1989年，美国率先提出人体基因组作图和测序，随后，英、法、日、前苏联和一些发展中国家先后确立人类基因组的研究项目。我国也将人体基因组的研究列入国家研究项目，它已成为一项国际间同力合作的重大研究课题。进行基因组全序列分析第一步是基因组的作图和测序。二十世纪八九十年代，基因工程技术日趋成熟，为此项工作准备了条件。例如：为了对某一染色体DNAA测序，要用限制性内切酶切成若干片段，将

21、片段和载体DNA重组建立基因文库。对文库中片段进行基因鉴别和克隆，利用克隆材料进行测序，最后用电脑对各片段测序的资料进行拼接。由于工作量十分浩大，现在，一方面不断获得测序的资料，另一方面，发展新技术仪器，加快测序的进度，提高其效率。当时估计在跨越21世纪时将能完成全部人体基因的测序工作。现在已经将人体单基因组的DNA全序列排列出来，达100万之多，下一步是破译基因组全序列的遗传语言。现在我们很难对基因组工作的理论意义和应用价值作出全面的估计，由于在进行人的基因组的分析时需要和其他生物进行比较，所以必须对其他模式生物进行基因全序列分析。因此，此项工作实际上是以人的基因分析为龙头，多种类型生物的基

22、因组分析工作。作物方面：水稻（袁隆平）大豆此项工作的完成能使我们在分子水平上全面认识人和其他模式生物的遗传背景，清楚地控制代谢途径中的各种致病与抗性与生物应答反应有关的基因。一些科学家预测，这将使人们克服现在威胁人类健康的癌症。自如地运用基因工程改变植物品种，并有利生物多样性保护和生物资源的持续利用值得注意的是人的10万个基因，编码序列约为132个碱基对，仅整个基因组的3%，已知部分编码序列对基因活动起调节作用或参与染色体结构形成及其复制外，大多数非编码序列的功能还不清楚。人们预测，搞清楚这些序列的功能将可能使一些生物学重大问题得到解决。众所周知，对于发育来说，包含着一系列基因的表达过程，而更

23、为重要的在于这些过程彼此之间在时空上的精密联系和配合，一些科学家人为，对人和其他动物基因的研究，DNA全序列的比较研究将发现更多更新的基因调控序列，从而搞清发育的遗传程序。对进化中的一些问题也有望得到答案，基因组工作的完成将称为生物学的一座里程碑而载入史册染色体的功能X-Y体系：是动物和一些作物中性别决定的基本方式，这种体系涉及到可从细胞学观测到的性染色体之间的结构差别，性染色体的同源染色体对在一个性别中在大小和形状上市可以是不同的“异形”，但在另一个性别中确实大小相同的“同型”。具有一对异形性染色体对的性别被称为异配子性别，因为在减数分裂时它产生的两种类型配子一种决定雄性，一种决定雌性。Wi

24、lson把具有同型性染色体对的性别称为同配子性别，因为它只产生一种类型的配子。在大多数脊椎动物和昆虫物种异配子性别XY是雄性，而同配子性别XX是雌性。但是在鸟类以及一些蛾类、鱼类、两栖类、爬行类动物情况恰恰相反：雄性是同配子性别。X染色体和Y染色体的同源性在物种与物种之间可能各不相同。性染色体X和Y可能具有一段较短的分化区段，或者一段较短的同源区段和一段较长的分化区段，在一些物种这些区段已根据其大小标了图，在性染色体上既存在着雄性和雌性抑制区段，也存在着它们的促进区域，这取决于这些染色体在性别决定中的作用。不同的研究者提出有关性别决定的若干理论。这些理论在很大程度取决于研究的生物：1、Brdg

25、es 的平衡理论（1932）雌雄比例基本相等 主研究果蝇 将三倍体果蝇（2n=12）与正常二倍体果蝇（2n=8）杂交染色体组成性别x/A比2AAXXX超雄1.52AXX 2AXXY 3AXXX 4AXXXX雌性1.03AXX 3AXXY雄性间性0.674AXXX雌性间性0.752AX 2AXY 2AXYY 4AXX雄性0.503AX超雄0.33果蝇的性别取决于性指数（X/A）实验结果表明，X染色体影响着雌性的决定，而常染色体组（A）H似乎影响着雄性的决定Goldsehmidt 学说：实验材料：吉普赛蛾 雄性是同配子性别（XX），雌性异配子性别（XY），吉普赛蛾中存在雌雄间性（雌雄嵌合体）现象，

26、故被选作实验材料。他认为：性别是从母本遗传而来的，雌性决定因子F和位于X染色体上雄性决定M之间的相对强度和平衡决定了性别。在不同的时期当中，F因子或由Y染色体携带或位于或位于细胞基质中，这些性因子通过一种机制对性别表型的发育产生了影响。他把这种机制称为“时间法则”他假设，雌雄之间性开始发育成雌性或雄性而发育到“平衡转折点”后便发育成相反的性别，雌雄间性的程度取决于分化中转变的时机Y染色体的功能Y染色体的功能随生物体的不同而异，Y染色体绝大多数具有较大的比例的异染色质，异染色质一般认为具有高度的遗传惰性，从类型上讲，Y染色体被认为含有退化了的基因，或根本不存在基因，这种看法是以某些早期的发现为根

27、据的，在果蝇中，不具Y染色体的个体是可以存活的，而不具有X染色体的个体（XO 或YY）则不能存活，所以Y染色体对存活而言并非必要。具有额外Y染色体的雌体和正常的果蝇是无法区别的，具有两条Y染色体的雄体并不表现任何不同的形态，所以Y染色体看似对果蝇的性别表现并不具有明显的效应。1959突然发现人类Y染色体强烈地决定着雄性的，则大大地改变了早期的结论和后来发现的XXXXY XXXY XXXXY XXXXXY型嵌合体表现为雄性，充分说明Y对雄性的决定。另外有人用小鼠和其他的哺乳动物进行的研究，也得到了类似的结果，说明Y对染色体的决定，在植物中，石竹科（银杏）的野生显花植物中与在人类和哺乳动物中一样，

28、Y染色体也有力决定着性别。这是唯一被研究过Y染色体功能的唯一植物品种，而该研究早于人类Y染色体研究14年，在这一物种中Y染色体大于X染色体，而在其他物种中Y染色体要小于X染色体（均指形态上），这一点曾被用作相对惰性的证据植物体中不存在性染色体（白果树单性植物）小麦、水稻有无性染色体？性连锁：性染色体上（一点？）有少数位点可能性别遗传有关，大多数性连锁位点位点与其他形态与生理功能表达有关，而这些位点大多数位于x染色体上，腭、因而一般性染色体的功能，尤其Y染色体的功能除了遗传模式不同外，和常染色体的功能可能是相似的第一个X染色体连锁性状是由摩尔根1910年在果蝇中发现的，它在正常的红眼果蝇培养物中

29、发现了白眼雄性突变个体，用这一个突变体和红眼果蝇交配，发现了一种新的遗传方式，从此开始了性连锁的研究。该性状的遗传属于伴性遗传，他认为突变一定发生在X染色体上而不是常染色体上，自此又引发其他伴性遗传的研究X染色体伴性遗传，雄性的染色体不传给雄性，只传给雌雄，这种遗传模式称为交叉模式：父亲女儿外孙染色体工程的利用染色体工程师细胞工程的重要组成部分染色工程主要内容包括现有染色体组的添加，减少，以及新染色体组的合成染色体工程的主要内容包括染色体和染色体部分的添加或减少以及代换基因工程：进行基因的重组或DNA的重组细胞质工程：包括细胞质中细胞器的代换或添加体细胞杂交：包括染色体组以及细胞气的天骄 染色

30、体组工程：染色体组的添加：属于多倍体育种的领域。从1937年希莱克和阿委瑞等报道秋水仙素处理对chr加倍有效以来，chr的添加技术有了迅速的发展。是细胞工程中开发得最早的领域。1、 秋水仙碱的使用方法：（级染色体的添加方法）：在以遗传学为基础进行现代化育种之前，人类就已经培育了许多作物，其中不乏多倍体（小麦、香蕉、西瓜）。药物处理：应用最广泛的就是秋水仙碱。它是从百合科，秋水仙属，秋水仙的鳞茎中提取出来的生物碱。纯的秋水仙碱为无色、针状的晶体分子式为C22H25O6N 易溶于水。使用浓度：0.01%1%，一般用来处理分生组织。最适用于植物的浓度依作物种类、器官和处理时间而已。通常为：0.2%I

31、t's expensive and poisonous.处理方法：a 琼脂法：配制0.2%的琼脂-秋水仙素培养基。贴于生长点上 b点滴法：持续不断地将0.2%的秋水仙碱溶液滴加到生长点上 c组织培养法：用聚乙二醇（PEG）处理，增加cm的通透性多倍体来自细胞质的融合，然后双核、三核合并，chr加倍PEG有清除质膜电荷，促进原生质体融合的作用。用这种方法生成的多倍体伴其后代遗传性不稳定，尤其以种子繁殖的植物。一般的组织培养会使细胞chr数数目发生改变，其中含有多倍体，例：水稻、火目草2 染色体组添加在育种上的应用A 利用多倍体的器官肥大的特点改造以利用营养器官为目的的栽培作物与二倍体相比

32、，多倍体器官较大而减数分裂不正常。结实率低，故以收获种子为目标的作物一般很难利用例“对自然变异进行选择得到的同源三倍体”香蕉、茶树、苹果、甘薯等。以及同源四倍体或八倍体的马铃薯。草莓等优良品种人为生产的多倍体：美浓早熟（同源四倍体萝卜）B利用多倍体不育性：例：自然产生的无数香蕉 83/92：三倍体 香蕉不产种子的原因有：chr相互易位，孤雌生殖（雌核发育成个体）和三倍体的产生C 固定杂交例：八倍体小黑麦的产生：AABBDD RR小麦 x 黑麦 F1（ABDR) 2N=28 加倍异源八倍体（AABBDDRR)即小黑麦2、 染色体组的削减：从多倍体中减少染色体组的数目主要包括：单倍体5、 单倍体的

33、利用价值：在遗传育种方面用途很广。这是因为：a 利用单倍体可以进行突变育种的研究，隐性突变等位基因是单倍体状态，可以直接表现出来。通常发现突变和获得纯合的突变都需要分析大量的各世代的植株，培养全部基因位点都是纯合的类型。要花费大量时间和人力。为了突变育种目的。利用单倍体植株可克服上述困难。只要有突变发生，就可以鉴定出来。加倍以后，就可得到纯合的二倍体b对于二倍体减数分裂的研究可以阐明其遗传结构C用药物处理培养的单倍体和原生质体可以诱导出抗性突变6、 获得单倍体的方法：a用放射性射线照射花粉后授粉 最早报道：1933 一粒小麦x射线单倍体 得率：30%用该方法处理火目草 单倍体得率最高可达66%

34、用射线处理黑麦的花粉单倍体得率仅5.6%机理：可能是射线损伤了雄配子使之丢失受精能力，但花粉依然可以萌发，沿花粉到达胚囊，刺激egg单性发育成新个体b延迟授粉： 1940年一粒小麦开花前去雄，在雌蕊具有受精能力的时间限度内尽可能延迟授粉机理：可能是egg的单性发育c花粉或花药的离体培养：1964年开始用矮牵牛、月见草（2n=14）、巨型月见草（2n=28）进行花粉离体培养。 在火目草、小麦、水稻、油菜等作物上使用该法操作：花粉发育到单核期（单核靠边期）是将其取出培养。直接形成不定胚（植物孢子体无融合生殖形成的胚、植物体细胞进行无融合生殖、无性繁殖过程，代替有性生殖而不发生两性细胞的结合）最后形

35、成单倍体d培养未受精的子房或胚珠 例：茄子 棉花、玉米、水稻等得到了单倍体植株e染色体消失现象的利用：大麦和球茎大麦杂交，球茎大麦的7条chr成为单倍体（频率高达68.5%）1975年用中国春小麦（母本）与二倍体和四倍体的球茎大麦（父本）杂交，发现无论是以2x或4x的球茎大麦为父本，均得到21条chr后代1994 玉米（2n=20）x小麦（2n=6x=42）21条chr的后代 第二节 染色体工程染色体工程这一术语最早由理查德提出（对番茄的三倍体和单倍体的研究）一、染色体工程的内容：主要包括染色体的减少,添加,代换.但染色体的部分缺失,重复以及倒位,易位等结构变异包括在内.根据染色体的构成,可以

36、将染色体工程的主要变异分为以下几类:1. 染色体缺失型1).单体(2n-1)：染色体缺少一条，体细胞染色体数为2n-1. RD(n-1)+在自然界中，单体往往是许多动植物的种性.e.g.昆虫类的蝗虫,蟋蟀,甲虫的雌性为XX型(2n),雄性为X型(2n-1).植物中,小麦已有21种不同的单体2).缺体:同源染色体成对地缺失,体细胞染色体数为2n-2.一般生活力较差,育性较低. RD: (n-1)2.染色体添加型1).三体:染色体多出一条,体细胞染色体数为2n+1.RD: (n-1)+1人体中三体多出现于性染色体. eg. XXX,XXY XYY2)四体:同源染色体多出一对,体细胞染色体为2n+2

37、.合子染色体中的n-1个二价体都是成对的两个,唯独有一对增加了两个同源染色体,成为有四个染色体组成的染色体组.3).一染色体附加植物:植物的细胞中,出原来的染色体组外,多了一条异种植物的染色体,这样的体细胞染色体数为2n+1(附加系)4).二染色体附加植物:植物细胞中，除原有染色体外，多了一对异种植物的染色体,这样的体细胞染色体数为2n+2.3.染色体代换系可以分为同种和异种染色体代换系同种染色体代换系指植物体本来具有的染色体中有某一条/对染色体的缺失,取而代之的是该染色体组中的其他染色体.1).缺体-四体植物:缺失一对同源染色体,而代以同基因组中的另一对同源染色体,体细胞中的染色体数仍为2n

38、. RD: 1+(n-2)2).单体-三体植物:某条染色体缺失,另一条染色体过剩,染色体总数不变. RD:1+(n-2)+13).相同染色体代换系:染色体组相同的其它植物的一对同源染色体代替植物中的另一对同源染色体,体细胞染色体数仍为2n. RD: n异种染色体代换系:染色体组不同的其他植物的染色体代替了植物中本来具有的染色体.a).一染色体代换植物:用异种染色体代换植物中的一条染色体,体细胞染色体总数仍为2n. RD: (n-1)+1,也称双单体.b).二染色体代换植物:异种染色体的一对代替植物的一对同源染色体,体细胞染色体总数仍为2n. RD: n4.染色体结构变异:重复,缺失,倒位,易位

39、二.染色体工程的应用.1.确定基因所在的染色体:由于单体植物中,某一条同源染色体缺失,在RD时形成单价染色体,这条单价染色体由于不联会产生交换,因而会完全连锁,传递给子代.因其上的基因所控制的性状在杂种后代的表现不遵守孟德尔遗传规律.利用该现象,即可确定控制各个性状的基因所在的染色体,该法在遗传学上成为单体分析.在普通小麦中,命名在国际上得到承认的基因,主要是用单体分析得到的.在烟草中,大约有40个基因是用该法定位的.豌豆中有7个基因.利用缺体分析确定了普通小麦4B,6B染色体上有抑制其发育的互补基因.2.运用于杂交育种:e.g.大麦(2n=14).利用3级三体育成的杂交种已在生产中推广.3、

40、基因的导入染色体工程最本质的贡献在于，把用普通杂交育种法无法利用的有益基因引入到植物中第五章 现代育种选择分子选择选择的意义：选择是指在一个群体中选择符合需要的基因型，是育种中最主要的环节之一。传统育种通常表现的选择方法，也就是依据个体的表现型推断其基因型，进行选择。由于表现型选择要依赖于性状的表现，因此受到许多限制：A：时间上限制，许多重要的性状在个体发育后期或成熟期才能表现，因此这些性状的选择只能等到最后，在苗期无法进行，对于生活周期长的植物十分不利。B、空间上限制，有些性状的表现需要特殊的环境和条件（如抗病性的鉴定需人工接种合适的病毒和微生物，若条件不满足，性状就不能充分表现，从而影响选

41、择的可靠性）C、技术上的限制：有些性状（如，生理、理化性状，其表观的测量难度大，成本高，误差大，有些还能对生物体造成很大的伤害甚至死亡，因此，对这些表型的选择非常困难，甚至无法进行，表现型选择对质量性状一般有效，但对于数量性状而言，由于其类型和基因之间没有明确的对应关系，因此表型选择的效率总是很低，总而言之，基于表型的选择方法存在许多不足，需要提高选择效率。最有效的方法是选择基因，随着现代分生物学技术的发展，人们已经能够从分子水平上快速准确的分析个体的遗传组成，为实现对基因类型的直接选择提供了可能。如果已知目标基因的核苷酸序列，或已知目标基因与某些分子标记link dosely thus，通过

42、分子检测，就能获知目标基因的genetype，从而realise对genetype的直接选择，将这种基于分子检择的手段称为分子选择2、质量性状的分子选择质量性状通常只受12个主基因控制，遗传基础简单，因此对目标基因的选择是比较容易的，对目标基因的选择又称为“前景选择”，其作用是保证每个中选个体均包含目标基因，如果已知目标基因的全部或部分核苷酸序列，则有可能通过常规的分子生物学技术（如PCR 分子杂交）检测出目标基因座上的遗传多态性，从而直接对目标基因进宪选择。如果未知目标基因的核苷酸序列，但已知目标基因紧密连锁的分子标记，则可利用其对目标基因进行选择，借助分子标记进行前景选择的可靠性主要取决于

43、标记与目标基因间连锁的紧密程度，若只用一个标记对目标基因进行选择，则要求其二者间的连锁要非常紧密，才能达到较高的准确率。若同时用两侧相邻的分子标记对目标基因进宪选择，则即使标记与目标间的距离较远也可达到很高的准确率。除了对目标基因进行选择外，还可对基因外的其它部分进行选择，这种选择称“背景选择”。可利有一组随机挑选的分子标记来进行，如果已具备一张完整的分子标记连锁图，则可更有效地进行背景选择，根据该图可以绘制出各个个体的图示基因型。这样可以直观地推测出它侧各自的基因构成，从而可以很方便地确定XX选择的个体。背景选择常应用于回交育种，其作用是加快遗传背景恢复成受体亲本基因组的速度，以缩短育种年限

44、。类似的把背景选择的方法对核转换（质核互作）雄性不育系的选育是很有利的。在育种中，目标基因是选择的首要对象，所以一般应首先进行前景选择，以保证不丢失目标基因，然后再对中选的个体进一步进行回交。3、数量性状的分子标记作为育种目标的重要性状，大多数受多基因控制的数量性状，因此，将分子选择技术应用于数量性状更具有实际意义。从分子水平上看数量性状与质量性状无本质区别，因此，根应用于质量性状的选择和方法，直接依据目标基因进行选择（简称基因型）原则上也运用于数量性状，实现基因型选择的前提条件是已经对所有控制目标基因的基因或基因座（QTL）进行准确的定位，但目前尚无达到这样的条件，所以目前许多学者更倾向于采

45、用另一种数量性状选择的策略。依据目标基因的表型效应（基因型值）来选择理想的基因型。实妹上，传统的表型选择方法就是将表型值近似地当作基因型值，不过，由于表型易受环境的影响。因此，表型选择的效率往往不高，为了提高选择的可靠性传统育种中也有利用亲属信息来预测被选个体的基因型值，但这种方法需对多个世代进宪表型测量，工作量很大。利用分子标记则可直接在单个世代群体中预测个体的基因型值。目前主要有两种基于分子标记的预测参数：标记分数标记指数 标记分数是指加性基因型值的一种估计值，它是一组与目标性状相关的分子标记的加性效应之和。这些相关标记可通过性状对标记的逐步回归分析筛选得利标记指数则是标记分数与表型值的线性组合，计算机模拟研究表明：不论是基于标记分数的选择还是基于标记指数的选择都只有在性状遗传力( 狭义)较较低的情况下才比传统的表型选择效率高。另