备课素材：不对称体细胞杂交法-高二下学期生物人教版选择性必修3

不对称体细胞杂交法原生质体技术发展初期，人们试图通过原生质体融合，将两个亲缘关系较远的物种的基因组结合在一起，创造新的植物类型。典型的例子是马铃薯与番茄的原生质体融合。然而两者融合后得到再生植株，但未能如期望的那样，而是外形倾向于番茄植株，花和叶具杂种特点，结实畸形，地下未形成块茎。其他研究也有类似情况，获得的体细胞杂种不仅没有把双亲的优点结合起来，甚至失去了他们各自原有的有益特性，如果只将异源种属中的少数或几个有用染色体或片段导入受体细胞，就有可能改善杂种育性而不至过多含不需要的性状。在部分同源的适宜条件下发生重组，使供体染色体碎片“掺入”受体染色体中，从而形成具有受体整套染色体组。而仅有少量供体染色体片段的不对称杂种。近些年，诱导植物不对称杂种已成为原生质体培养和融合技术研究的热点。不对称体细胞杂交即指利用射线将供体原生质体钝化，并破坏其染色质，与未经辐照的受体原生质体融合。由于所得融合产物含全套受体染色体及部分供体染色体，故称不对称体细胞杂种,这类体细胞杂交称为不对称体细胞杂交。例如，据《普通小麦与拟南芥远缘不对称体细胞杂交的研究》可知，普通六倍体小麦是重要的粮食作物，但由于其基因组庞大，研究相对困难，需要探索新的研究方法。拟南芥是应用广泛的模式植物，基因组测序已完成，遗传背景相对清晰。以普通小麦核生3号胚性愈伤组织来源的原生质体为供体，用紫外线(UV)分别照射30s、1min、2min，再与悬浮细胞系来源的拟南芥原生质体进行PEG介导的细胞融合，希望将小麦染色体小片段，尤其是基因富集区插入拟南芥基因组，从而借助其清晰的遗传背景对小麦基因组进行研究。实验设计的融合组合如下：组合Ⅰ，拟南芥+小麦UV照射30s；组合Ⅱ，拟南芥+小麦UV照射1min；组合Ⅲ，拟南芥+小麦UV照射2min。拟南芥原生质体和UV照射后的小麦原生质体单独培养作为对照。不对称体细胞杂交的供体染色体消失程度和照射剂量有关。为了筛选带供体基因的融合产物，需要一套选择系统。有人利用白化或叶绿素缺失突变体做受体，以愈伤组织有无叶绿素为选择标记。将绿色愈伤组织再生植株，经鉴定为不对称体细胞杂种。有人利用融合产物再生能力来选择，受体已失去再生能力，供体经高质量辐射后也失去增殖能力。融合后再生的植株很可能是不对称杂种。例、白叶枯病是水稻严重的病害之一，疣粒野生稻对其具有高度抗性。研究人员利用体细胞杂交技术，试图将疣粒野生稻的抗白叶枯病特性转移到栽培稻中。（1）将两种水稻外植体分别接种在含

等植物激素的MS培养基上，经

过程形成愈伤组织后用

酶处理获得游离的原生质体。（2）“不对称体细胞杂交”法可以将一个亲本的部分染色体或染色体上某些片段转移到另一个亲本体细胞内，获得不对称杂种植株。大剂量的X射线能随机破坏染色体结构，使其发生断裂、易位、染色体消除等，细胞不再持续分裂。碘乙酰胺（IOA）使细胞质中某些酶失活，抑制细胞分裂。为了达到转移抗白叶枯病特性的目的，融合前要用X射线照射

的原生质体，用IOA处理另一亲本的原生质体。经诱导融合后，只有异源融合后的原生质体可持续分裂形成再生细胞团，原因是

。（3）观察再生植株细胞中的染色体，发现数目

，说明成功获得了不对称杂种。有些杂种植株染色体数目与栽培稻相同，性状明显偏向栽培稻，但也表现出野生稻的一些特性，推测这些杂种植株无多余染色体但具有野生稻特性的原因是

。（4）用致病性强的两种水稻白叶枯病菌株接种，检测72株杂种植株的抗性。结果发现共有40株表现抗性，其中17株对两个菌株都表现抗病性。综合染色体数目及抗性检测，应优先选择

的杂种植株进行繁育。（5）与转基因技术相比，在向目标生物转移外源基因方面，不对称体细胞杂交技术有哪些优、缺点？

。答案：（1）细胞分裂素和生长素

脱分化

纤维素酶和果胶（2）疣粒野生稻

杂种细胞由于融合，补充了细胞质中失活的酶（生理互补），细胞能正常分裂（3）均少于两亲本染色体数目之和

来自野生稻的某些基因通过染色体易位整合到栽培稻细胞中（4）染色体数目和栽培稻相同、且对两个菌株均表现出抗性（5）优点：可转移控制优良性状的多基因甚至是未知基因；缺点：只能在植物之间进行

变异不定向，需大量筛选解析：（1）植物组织培养需要使用MS培养基，MS培养基包括大量元素与微量元素、植物激素和蔗糖等，故将两种水稻外植体分别接种在含细胞分裂素和生长素等植物激素的MS培养基上，经脱分化过程形成愈伤组织后，用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，从而获得游离的原生质体。（2）“不对称体细胞杂交”法可以将一个亲本的部分染色体或染色体上。由题意知：大剂量的X射线能随机破坏染色体结构，使其发生断裂、易位、染色体消除等，细胞不再持续分裂；碘乙酰胺（IOA）使细胞质中某些酶失活，抑制细胞分裂。为了达到转移抗白叶枯病特性的目的，可先用X射线照射疣粒野生稻的原生质体，使其部分的染色体发生变异，然后用IOA处理另一亲本的原生质体，经诱导融合后，从而获得杂种细胞，由于杂种细胞融合后补充了细胞质中失活的酶（生理互补），细胞能正常分裂，故异源融合后的原生质体可持续分裂形成再生细胞团。（3）不对称杂种植株细胞中只获得一个亲本的部分染色体或染色体上某些片段，故观察再生植株细胞中的染色体，发现数目均少于两亲本染色体数目之和，说明成功获得了不对称杂种。有些杂种植株染色体数目与栽培稻相同，性状明显偏向栽培稻，但也表现出野生稻的一些特性，可能的原因是杂种植株中来自野生稻的某些基因通过染色体易位整合到栽培稻细胞中。（4）用致病性强的两种水稻白叶枯病菌株接种，检测72株杂种植株的抗性。结果发现共有40株表现抗性，其中17株对两个菌株都表现抗病性。故应