染色體工程與植物育種課件

第三章染色體工程與植物育種

第三章染色體工程與植物育種1染色體工程與植物育種課件2植物染色體工程的用途十分廣泛，主要用在基因定位和異源基因的導入。我國自80年代開始進行染色體工程育種研究，經(jīng)過“六五”和“七五”協(xié)作攻關(guān)，在小麥染色體工程育種方面有較大進展，創(chuàng)制了小麥與黑麥(Secalecereals)、山羊草(Aegilopstauschii)、簇毛麥(Haynaldiavillosa)、大麥(Hodeumvulgare)、類麥(Thinopyrum)等近緣種、屬的雙二倍體，轉(zhuǎn)育了不同生態(tài)型的小麥單體系統(tǒng)和缺體系統(tǒng)，選育出了多種異附加系、異代換系和易位系。這是一批十分有用的染色體工程基礎(chǔ)材料，是選育小麥良種的寶貴資源。

植物染色體工程的用途十分廣泛，主要用在基因定位和異源基因的導3本章內(nèi)容提要第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容第二節(jié)染色體組水平的操縱技術(shù)第三節(jié)染色體水平的細胞遺傳學操縱第四節(jié)染色體片段的細胞遺傳學操縱第五節(jié)染色體微切割和人工染色體第六節(jié)染色體工程和作物育種本章內(nèi)容提要第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容4第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容

一、概念二、親緣關(guān)系遠近與遺傳操作策略三、染色體的操縱的三個水平第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容一、概念5一、染色體工程概念該術(shù)語最早由里克（Rick）和庫升（Khush）于1966年在論述番茄單體、三體和缺體時提出的。染色體工程：按照人們預定目標，采用一定的方法和步驟，通過染色體操縱改變生物染色體組，并進而改變其遺傳性的過程?！惻宥热旧w工程：是人們按照一定的設(shè)計，有計劃地消減、添加或代換同種或異種染色體，從而達到定向改變遺傳性和選育新品種的一種技術(shù)。——李志勇染色體工程：指某一種植物的染色體或染色體片段按照人們的意愿進行添加、消減、代換或易位，從而達到定向改變植物遺傳性的一項技術(shù)?！愐h一、染色體工程概念該術(shù)語最早由里克（Rick）和庫升（Khu6陳佩度本課教材編者陳佩度7狹義和廣義染色體工程：狹義：指人工分離染色體或染色體片段，導入受體原生質(zhì)體，再經(jīng)過原生質(zhì)體培養(yǎng)再生細胞壁、愈傷組織，直至再生出完整植株的過程。廣義的還應(yīng)包括應(yīng)用細胞遺傳學技術(shù)通過有性雜交和回交、細胞組織培養(yǎng)和體細胞雜交等方法，按預定目標有計劃有步驟地轉(zhuǎn)移染色體組、染色體或染色體片段。狹義和廣義染色體工程：8注：導入的染色體必須是有活力的，導入原生質(zhì)后，又涉及到如何與受體染色體“共處”或“重組”問題。染色體工程在培育抗病新品種上有重要意義，而且是基因定位和染色體轉(zhuǎn)移等基礎(chǔ)研究的有效手段。注：導入的染色體必須是有活力的，導入原生質(zhì)后，又涉及到如何與9染色體組：生物體內(nèi)維持生命活動所必須的一套非同源染色體（用x表示），它是遺傳的生命單位。部分同源群：分別處于不同染色體組中，最早可能由同一條染色體演化而成的，具有不同程度同源關(guān)系的染色體互稱為部分同源染色體并共同組成一個部分同源群。它們具有基本相似的核苷酸組成和排列次序，相互之間具有一定的補償性。染色體組和部分同源群染色體組：生物體內(nèi)維持生命活動所必須的一套非同源染色體（用x10二、親緣關(guān)系遠近與遺傳操作策略

1、含有同源染色體組物種間的遺傳操縱特點：有性雜交容易成功，F(xiàn)1雌雄配子的育性較好策略：采用一般的有性雜交技術(shù)，如果雙親間遺傳性狀差異大，要加大雜種群體、增加選擇代數(shù)、或輔以花藥花粉培養(yǎng)等技術(shù)誘導單倍體，然后加倍，加速形成純合體。二、親緣關(guān)系遠近與遺傳操作策略1、含有同源染色體組物種間的112、含有部分同源染色體組物種間的遺傳操縱特點：沒有相同的染色體組，但具有部分同源關(guān)系，有性雜交有難度，雜種后代雙親染色體間很少或基本不配對。策略：通過回交，育成異附加系或異代換系；通過操縱染色體配對控制體系（如小麥5B），可促進具有部分同源關(guān)系的染色體間配對，發(fā)生交換和重組；也可以通過理化因子或生物因子（如小麥近緣種中的殺配子基因）誘導染色體斷裂、重接，產(chǎn)生易位。2、含有部分同源染色體組物種間的遺傳操縱特點：沒有相同的染色123、無同源染色體組物種間的遺傳操縱特點：無同源性，有性雜交極其困難，或至今得不到有性雜種。策略：采用體細胞雜交技術(shù)獲得體細胞雜種。3、無同源染色體組物種間的遺傳操縱特點：無同源性，有性雜交極13三、染色體操縱的三個水平

1、染色體組操縱：添加或消減同種或異種染色體組，合成雙二倍體或部分雙二倍體，或者創(chuàng)造單倍體。三、染色體操縱的三個水平1、染色體組操縱：添加或消減同種或142、染色體操縱：整條染色體的附加、消除、代換，導入的染色體要有完整的著絲粒和端粒，以保持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和進行正常的復制分裂。2、染色體操縱：整條染色體的附加、消除、代換，導入的染色體要153、染色體片段操縱：指染色體片段的轉(zhuǎn)移→易位、添加或消除。需要經(jīng)過染色體斷裂和重接，新形成的染色體具有且只具有一個著絲粒，而且染色體兩端形成完好端粒。3、染色體片段操縱：指染色體片段的轉(zhuǎn)移→易位、添加或消除。需16在育種中，不僅要求整組染色體、整條染色體或染色體片段的操縱成功，還要求經(jīng)操縱后的個體在細胞遺傳學上的穩(wěn)定性，在遺傳組成和形態(tài)特性上比原有親本更加優(yōu)良。在育種中，不僅要求整組染色體、整條染色體或染色體片段的操縱成17（補充）染色體變異染色體結(jié)構(gòu)變異染色體易位：一個染色體上某一區(qū)段與另一非同源染色體上的區(qū)段發(fā)生互換。染色體缺失：染色體的某一區(qū)段及其帶有的基因一起丟失。染色體倒位：染色體上某一區(qū)段連同它帶有的基因順序發(fā)生180度倒轉(zhuǎn)。染色體重復：一個染色體上增加了相同的某個區(qū)段。（補充）染色體變異染色體結(jié)構(gòu)變異18（補充）染色體變異染色體數(shù)變異一是體細胞內(nèi)以染色體組為基數(shù)進行的整倍性變化，以整倍體染色體數(shù)目變化產(chǎn)生的變異會產(chǎn)生多倍體和單倍體；另一種是染色體組內(nèi)的個別染色體數(shù)目有所增減，使細胞內(nèi)的染色體數(shù)目不是基數(shù)的的完整倍數(shù)，因此被稱為非整倍體。（補充）染色體變異染色體數(shù)變異19第二節(jié)染色體組水平的操縱技術(shù)

一、遠緣雜交障礙及克服途徑二、染色體組的消減：即單倍體產(chǎn)生和二倍體化三、染色體組的添加——異源多倍體、同源多倍體等第二節(jié)染色體組水平的操縱技術(shù)一、遠緣雜交障礙及克服途徑20一、遠緣雜交障礙及克服途徑障礙：花粉萌發(fā)不好、花粉管伸長緩慢、雄配子不能順利通過珠孔進入胚囊殼完成受精、遠緣雜種的某親本的染色體全部或部分消失、雜種滅亡和雜種不育?？朔緩剑菏褂檬Щ畹哪副净ǚ邸⑸L素類物質(zhì)（2，4—D）或利用可交配基因和橋梁親本，采取幼胚拯救和染色體加倍等措施。一、遠緣雜交障礙及克服途徑障礙：花粉萌發(fā)不好、花粉管伸長緩慢21二、染色體組的消減：即單倍體產(chǎn)生和二倍體化

1、單倍體：含有配子染色體數(shù)目的孢子體。單倍體包括：（1）整倍體單倍體：一倍體、多倍單倍體（同源多倍單倍體、異源多倍單倍體）（2）非整倍體單倍體：二體單倍體（n+1）、附加單倍體（n+1′）、缺體單倍體（n-1）、置換單倍體（n-1+1′）二、染色體組的消減：即單倍體產(chǎn)生和二倍體化1、單倍體：含有222、單倍體的產(chǎn)生①自然產(chǎn)生：雙生苗（多胚現(xiàn)象）、半配合（精、卵各自分裂→嵌合體）②誘發(fā)產(chǎn)生：遠源雜交誘導、延遲授粉、單倍體的誘發(fā)基因（大麥中的hap基因）和核質(zhì)互作、利用合子發(fā)育過程中染色體消減，以及花藥、花粉核未授粉的子房、胚珠培養(yǎng)等。2、單倍體的產(chǎn)生233、二倍體化可自然加倍，但頻率很低，一般需要人工加倍。目前最常用的方法是用秋水仙素處理在細胞分裂時期的分生組織，使其新生器官的染色體加倍。3、二倍體化244、單倍體在育種上的應(yīng)用（1）提高選擇效率，加速育種進程，因為單倍體的基因型核表現(xiàn)型是一致的，對于隱性基因控制的性狀特別有效，常規(guī)雜交育種需要8～10年，而單倍體育種只須一個世代即可得到純合二倍體。（2）加速純系的獲得，尤其對于玉米等異花授粉作物雜種優(yōu)勢利用來說具有特別重要意義。4、單倍體在育種上的應(yīng)用25（3）利用花粉植株進行異源染色體或基因的轉(zhuǎn)移，例如：小黑麥（AABBRR）×小麥（AABBDD）→F1（AABBRD）→R、D兩組單體在減數(shù)分裂過程中將以0～7的各種可能出現(xiàn)于子細胞中。通過花粉培養(yǎng)可得到類型豐富的花粉植株，這些植株在遺傳育種中具有重要的研究利用價值。（3）利用花粉植株進行異源染色體或基因的轉(zhuǎn)移，例如：小黑麥（26（4）利用單倍體進行突變體的選擇，由于單倍體沒有顯隱性關(guān)系，所以無論是培養(yǎng)過程中引起的體細胞變異還是在人工誘導產(chǎn)生的突變體，特別是隱性突變體，均可以有效地表現(xiàn)出來。（4）利用單倍體進行突變體的選擇，由于單倍體沒有顯隱性關(guān)系，275、單倍體育種的不足（1）基因重組的機會只有一次，缺少常規(guī)雜交育種各個分離世代的基因交換與重組的機會，后代不能積累更多的優(yōu)良基因。（2）單倍體誘導技術(shù)還不是很完善，花培出愈率和綠苗率均較低，單倍體群體小，很多優(yōu)良基因可能被淘汰。

5、單倍體育種的不足28三、染色體組的添加——異源多倍體、同源多倍體等

多倍體（polyploid）這個名詞是由Winkler（1916年）首先使用的，它是指每個體細胞中含有三個或更多染色體組的個體而言。染色體組成多倍性現(xiàn)象在高等植物中相當多，但動物界的多倍體現(xiàn)象卻少得多。自從60年代發(fā)現(xiàn)一種美洲角蛙是一個確定的四倍體動物以來，學者們陸續(xù)在低等脊椎動物中發(fā)現(xiàn)許多多倍體動物，包括魚類、兩棲類和爬行類。三、染色體組的添加——異源多倍體、同源多倍體等多倍體（po29由于多倍體動物具有生長速度快，成活率高及抗病能力強等特點，所以人工誘導多倍體、改善動物經(jīng)濟性狀倍受重視染色體工程與植物育種課件30染色體組的添加可以自然發(fā)生，也可以人工誘導合成1、異源多倍體：在正常二倍體染色體組的基礎(chǔ)上添加一個至多個異種染色體組的個體。如：小麥、燕麥、棉花等典型的例子是普通小麥和小黑麥染色體組的添加可以自然發(fā)生，也可以人工誘導合成31一粒小麥（AA）2n＝14×？（BB）AB染色體自然加倍二粒小麥（AABB）2n＝28×節(jié)節(jié)麥（DD）2n＝14ABD染色體自然加倍普通小麥（AABBDD）2n＝42一粒小麥（AA）2n＝14×？（BB）AB染色32普通小麥AABBDD×黑麥RRABDR（不育）染色體加倍AABBDDRR八倍體小黑麥普通小麥AABBDD×黑麥RRABDR（不育）染色體加倍33硬粒小麥（AABB）×黑麥（RR）ABR（不育）染色體加倍AABBRR（六倍體小黑麥）硬粒小麥（AABB）×黑麥（RR）ABR（不育）染色體加342、同源多倍體：在正常二倍體的染色體基礎(chǔ)上添加一個至多個同種染色體組的個體。如：馬鈴薯等同源多倍體在有利基因劑量效應(yīng)對植株的生長量和某些生物產(chǎn)物有促進作用。如三倍體甜菜、橡膠、香蕉、西瓜、草莓等。典型例子：三倍體無籽西瓜3、同源異源多倍體（如AAAAGG）是介于同源多倍體和異源多倍體之間的過渡類型。2、同源多倍體：在正常二倍體的染色體基礎(chǔ)上添加一個至多個同種35典型例子：三倍體無籽西瓜二倍體西瓜（BB2n＝2x＝22）0.2%秋水仙素處理生長點四倍體西瓜（BBBB）♀×二倍體西瓜♂三倍體西瓜（BBB）（*不育，不結(jié)籽，在外界花粉刺激下可結(jié)實）典型例子：三倍體無籽西瓜二倍體西瓜（BB2n＝2x＝236染色體工程與植物育種課件37四、人工誘導多倍體的方法生物學方法

Rasch等（1965）年首次證明了三倍體脊椎動物可以通過雜交產(chǎn)生，他們將雌核發(fā)育的二倍體帆鱂（Poeciliaformosa）與P.Vittate雜交，得到三倍體后裔。雌性草魚（2n=48）與雄性三角魴（2n=48）雜交獲得子一代染色體數(shù)目為72的草魴雜種三倍體，其中草魚提供了二倍數(shù)目的染色體（48），三角魴提供了單倍數(shù)目的染色體（24）。異育銀鯽與興國紅鯉雜交獲得的復合四倍體，通過細胞方法證明其產(chǎn)生的原因是受精卵發(fā)生了兩性融合。四、人工誘導多倍體的方法生物學方法38物理學方法溫度休克法：包括冷休克法和熱休克法兩種，即用略高于或略低于致死溫度的冷或熱休克來誘導三倍體或四倍體的方法。此法廉價、易操作，是誘導動物細胞多倍體化的常用手段，也有利于養(yǎng)殖場大規(guī)模生產(chǎn)使用。水靜壓法：就是采用較高的水靜壓（65kg/cm2）來抑制第二極體的放出或第一次卵裂產(chǎn)生多倍體。此種方法誘導率高（90%~100%）、處理時間短（3~5min），對受精卵損傷小、成活率高。但該法需要專門的設(shè)備——水壓機，成本較高，其樣品室容量有限，處理卵的量有限，所以不適于大規(guī)模生產(chǎn)。物理學方法39化學方法細胞松馳素B：能抑制肌動蛋白聚合成微絲，從而抑制細胞質(zhì)分裂。秋水仙堿：可以抑制細胞分裂中紡綞絲的形成，因而抑制有絲分裂。其它藥物：N2O和聚乙二醇等?；瘜W方法40五、多倍體倍性鑒定的方法核體積測量：二倍體/三倍體核體積之比為1:1.5，二倍體與四倍體的核體積之比為1:1.74。蛋白質(zhì)電泳：生化分析：如在關(guān)東系銀鯽中，三倍體紅血球的丙酮酸激酶的含量含著高于二倍體。染色體計數(shù)：是鑒定多倍性的一個準確的直接方法。DNA含量測定：流式細胞儀。五、多倍體倍性鑒定的方法核體積測量：二倍體/三倍體核體積之比41染色體直接計數(shù)法準確、直接，但費時；紅細胞體積測量法省時、簡單，在生產(chǎn)現(xiàn)場就能進行而廣為人們采用，但缺乏準確性，亦測不出嵌合體，往往需要校正；DNA含量測定法是較為先進常用的方法，其測定快速準確，并能測出嵌合體，但需要特殊的儀器設(shè)備。染色體直接計數(shù)法準確、直接，但費時；42六、多倍體動物的應(yīng)用及發(fā)展趨勢多倍體動物的生活力及生長能力。許多誘導的多倍體動物如兩棲類、魚類、貝類等都具有良好的生存力和生長率。誘導三倍體可以增加種間雜種的成活率，三倍體種間雜種可以比二倍體雜種成活得更好一些。六、多倍體動物的應(yīng)用及發(fā)展趨勢多倍體動物的生活力及生長能力。43多倍體動物的性腺發(fā)育及其應(yīng)用三倍體預期是不育的，許多實驗也都證明了這一點。生產(chǎn)上可以利用這個不育特性，將生殖腺發(fā)育消耗的能量用于動物生長上，避免因繁殖季節(jié)及肉質(zhì)下降而延誤上市時間或影響商品價值，也避免了生長停滯和死亡率的增高，縮短了養(yǎng)殖周期、減少了養(yǎng)殖成本，可養(yǎng)成大型個體。與三倍體不同，四倍體是可育的。目前如何大量誘導四倍體并培育至性成熟，爾后與正常二倍體雜交獲得不育的三倍體，進行三倍體育種是許多學者正在致力研究的課題。多倍體動物的性腺發(fā)育及其應(yīng)用44多倍體動物的其它經(jīng)濟性狀三倍體虹鱒的魚肉質(zhì)量確實優(yōu)于二倍體，其抗傳染性造血器官壞死病毒能力較強；三倍體大西洋鮭耐低氧，故可適用于低氧環(huán)境養(yǎng)殖；三倍體香魚對聲音和光線的感受能力比二倍體香魚略顯遲鈍，適于在噪音較大的環(huán)境中放養(yǎng)。多倍體動物的其它經(jīng)濟性狀45七、多倍育種中存在的問題準確的處理時間；誘導率、成活率及孵化率的提高；準確可靠的倍性鑒定方法的確定。七、多倍育種中存在的問題準確的處理時間；46第三節(jié)染色體水平的細胞遺傳學操縱

一、染色體的消減二、染色體的添加三、染色體的代換第三節(jié)染色體水平的細胞遺傳學操縱一、染色體的消減47一、染色體的消減

從正常細胞中去掉一條染色體，染色體數(shù)變?yōu)椋?n-1），叫做單體；去掉一對同源染色體，則叫缺體（2n-2）；如果去掉的是兩條非同源染色體則稱為雙單體（2n-1-1）。除了消減正常的整條染色體外，還可以消減染色體的某一個臂，稱為端體。一、染色體的消減從正常細胞中去掉一條染色體，染色體數(shù)變?yōu)椋?8單體在遺傳上不穩(wěn)定，自交后可分離出正常的二體、單體和缺體三種類型，除缺體外，多數(shù)單體和二體在外部形態(tài)上十分相似，直觀上很難區(qū)分，必須進行細胞學觀察，才能把單體植株挑選出來。因此，單體植株的保存很困難。單體在遺傳上不穩(wěn)定，自交后可分離出正常的二體、單體和缺體三種49染色體工程與植物育種課件50以小偃6號1D單體（含14＋15）作為受體與含有5＋10優(yōu)質(zhì)亞基的品種雜交，進行優(yōu)質(zhì)亞基聚合的染色體工程法。以小偃6號1D單體（含14＋15）作為受體與含有5＋10優(yōu)質(zhì)512D單體小麥與遺4212雜交F1出現(xiàn)的單價體2D單體小麥與遺4212雜交F1出現(xiàn)的單價體52箭頭示雙單體箭頭示雙單體534D缺體小麥PMC減數(shù)分裂MI2n=20Ⅱ八倍體小堰麥PMC減數(shù)分裂MI2n=28Ⅱ雜種F1根尖染色體2n=484D缺體小麥PMC減數(shù)分裂MI2n=20Ⅱ八倍體小堰麥PM54簇毛麥6VS端體：a,T240-6-1(2n=41+t);b,T240-6-1(2n=41+2t)

簇毛麥6VS端體：a,T240-6-1(2n=41+t);55染色體工程與植物育種課件56在染色體工程上，常用單體植物系統(tǒng)和缺體植物系統(tǒng)，它們是染色體工程和基因定位的重要材料。例如，已知某植物的某對性狀是由A和a一對基因控制的，而且已獲得該植物的所有單體或缺體，用單體法或缺體法確定A（a）基因所在的染色體。1、單體法2、缺體法單體、缺體在基因定位上的應(yīng)用在染色體工程上，常用單體植物系統(tǒng)和缺體植物系統(tǒng)，它們是染色體571、單體法（1）若測定的二體植株的基因是隱性純合時，則單體系列為顯性。1、單體法58Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×A表現(xiàn)型單體（n-1）Ⅱ+ⅠA

G（n-1）Ⅰ+Ⅰa（n-1）Ⅰ（n-1）Ⅰ+ⅠA

F1（n-1）Ⅱ+Ⅰa（n-1）Ⅱ+ⅡAa

所有單體為a表現(xiàn)型所有二體為A表現(xiàn)型

①若待測基因在某單體染色體上時，則aa基因型雙體（2n）與A表現(xiàn)型的該染色體的單體（2n-1）雜交后，F(xiàn)1代表現(xiàn)型為：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×59②若待測基因不在某單體染色體上時，則F1表現(xiàn)型為：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱaa+Ⅱ×A表現(xiàn)型單體（n-1）ⅡAA+ⅠG（n-1）Ⅰa+Ⅰ（n-1）ⅠA（n-1）ⅠA+ⅠF1（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）ⅡAa+Ⅱ無論單體還是二體，均為A表現(xiàn)型

②若待測基因不在某單體染色體上時，則F1表現(xiàn)型為：Pa表60（2）若測定的基因為顯性純合時，則單體材料為隱性。

①若待測基因在某單體染色體上時，則AA基因型二體（2n）與a基因型的該染色體單體（2n-1）雜交后，F(xiàn)2代的分離情況為：

（2）若測定的基因為顯性純合時，則單體材料為隱性。①若待測61PA表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+ⅡAA×a表現(xiàn)型單體（n-1）Ⅱ+ⅠaG（n-1）Ⅰ+ⅠA（n-1）Ⅰ（n-1）Ⅰ+ⅠaF1（n-1）Ⅱ+ⅠA（n-1）Ⅱ+ⅡAa

F2（n-1）Ⅱ+ⅡAA（n-1）Ⅱ+ⅡAA（n-1）Ⅱ+ⅠA（n-1）Ⅱ+ⅡAa（n-1）Ⅱ（n-1）Ⅱ+Ⅱaa因缺體的生活力較弱，占很少一部分幾乎全部為顯性性狀顯隱性比例為3︰1自交

自交PA表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+ⅡAA×a表現(xiàn)型62②若待測基因不在某單體染色體上，則F2分離情況為：PA表現(xiàn)型二體（n-1）ⅡAA+Ⅱ×a表現(xiàn)型單體（n-1）Ⅱaa+ⅠG（n-1）ⅠA+Ⅰ（n-1）Ⅰa（n-1）Ⅰa+ⅠF1（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）Ⅱ+ⅡAa

自交自交F2（n-1）ⅡAA+Ⅱ（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）Ⅱaa+Ⅱ（n-1）ⅡAA+Ⅰ（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）Ⅱaa+Ⅰ（n-1）ⅡAA

（n-1）ⅡAa（n-1）Ⅱaa

顯隱性比例為3︰1

（n-1）ⅡAA+Ⅱ（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）Ⅱaa+Ⅱ顯隱性比例為3︰1②若待測基因不在某單體染色體上，則F2分離情況為：PA63Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×缺體（n-1）ⅡF1（n-1）Ⅱ+Ⅰa

全部為a表現(xiàn)型的單體

自交F2（n-1）Ⅱ+Ⅱaa（n-1）Ⅱ+Ⅰa（n-1）Ⅱ2、缺體法（1）若待測定的是隱性基因a，則用顯性缺體系統(tǒng)①若待測基因a在缺體染色體上，則：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×缺64②若待測基因a不在缺體染色體上，則：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱaa+Ⅱ×缺體（n-1）ⅡAA

F1（n-1）ⅡAa+Ⅰ全部為A表現(xiàn)型的單體F2（n-1）ⅡAA+Ⅱ（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）Ⅱaa+Ⅱ（n-1）ⅡAA+Ⅰ（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）Ⅱaa+Ⅰ（n-1）ⅡAA（n-1）ⅡAa（n-1）Ⅱaa

顯隱性比例為3︰1

自交②若待測基因a不在缺體染色體上，則：Pa表現(xiàn)型二體（n65（2）若測定的是顯性基因A，則用隱性缺體系統(tǒng)①若待測基因A在缺體染色體上，則：PA表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+ⅡAA×缺體（n-1）ⅡF1（n-1）Ⅱ+ⅠAF2（n-1）Ⅱ+ⅡAA

（n-1）Ⅱ+ⅠA（n-1）Ⅱ缺體很少，幾乎全是顯性

自交

（2）若測定的是顯性基因A，則用隱性缺體系統(tǒng)PA表現(xiàn)型二66②若待測基因A不在缺體染色體上，則：PA表現(xiàn)型二體（n-1）ⅡAA+Ⅱ×缺體（n-1）Ⅱaa

F1（n-1）ⅡAa+ⅠF2（n-1）ⅡAA+Ⅱ（n-1）ⅡAA+Ⅰ（n-1）ⅡAA

（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）ⅡAA+Ⅰ（n-1）ⅡAa（n-1）Ⅱaa+Ⅱ（n-1）Ⅱaa+Ⅰ（n-1）Ⅱaa

無論單體、缺體、二體，顯隱性比例均為3︰1自交②若待測基因A不在缺體染色體上，則：PA表現(xiàn)型二體（67除了用單、缺體進行基因定位外，端體也是進行基因定位的好材料，端體分析法基因定位，不僅能將基因定位在特定的染色體上，而且能定位在特定染色體的某一個臂上。（但較復雜）除了用單、缺體進行基因定位外，端體也是進行基因定位的好材料，68二、染色體的添加

一個種的染色體組經(jīng)過雜交或其它方法導入同種或異種染色體叫染色體的添加。1、同種染色體的添加：在原來正常染色體數(shù)的基礎(chǔ)上添加了一條或一對同種染色體（1）三體：指同源染色體為三條的個體,三體作為遺傳工程的基礎(chǔ)材料在理論和實踐上都有重要的意義，可用來進行基因定位，并在育種實踐中發(fā)揮作用。

二、染色體的添加一個種的染色體組經(jīng)過雜交或其它方法導入同種69結(jié)球甘藍1號和4號染色體三體核型結(jié)球甘藍1號和4號染色體三體核型70菜薹7號染色體三體菜薹7號染色體三體71陸地棉三體PMC：25Ⅱ+3Ⅰ陸地棉三體PMC：25Ⅱ+3Ⅰ72①基因定位例如：若待測隱性基因a在三體染色體上，則：Pa突變純合二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×三體（n-1）Ⅱ+ⅢAAA

G（n-1）Ⅰ+Ⅰa（n-1）Ⅰ+ⅠA（n-1）Ⅰ+ⅡAA

F1（n-1）Ⅱ+ⅡAa（n-1）Ⅱ+ⅢAAa

自交自交F2顯隱性比例為3︰1顯隱性比例為35︰1

①基因定位Pa突變純合二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×73若待測隱性基因a不在三體染色體上，則：

Pa突變純合二體（n-1）Ⅱaa+Ⅱ×三體（n-1）ⅡAA+ⅢG（n-1）Ⅰa+Ⅰ（n-1）ⅠA+Ⅰ（n-1）ⅠA+ⅡF1（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）ⅡAa+Ⅲ自交自交F2顯隱性比例為3︰1顯隱性比例為3︰1若待測隱性基因a不在三體染色體上，則：Pa突變純合二體74②三體在育種實踐上最成功的實例是大麥核不育系的雜交三級三體大麥的保持和利用

②三體在育種實踐上最成功的實例是大麥核不育系的雜交三級三體75（2）四體：指某同源染色體為4條的個體，是研究劑量效應(yīng)的特殊材料。人們對四體研究不多，但補償性的缺體——四體具有特殊的作用而被人們重視，在小麥中比較典型。

谷子四體（2）四體：指某同源染色體為4條的個體，是研究劑量效應(yīng)的特殊762、異種染色體的添加——異附加系異附加系：添加有外源染色體的個體。單體異附加系——添加了1條外源染色體的個體；二體異附加系——添加了1對外源染色體的個體；雙單體異附加系——添加了2條不同外源染色體的個體；雙二體異附加系——添加了2對不同外源染色體的個體。2、異種染色體的添加——異附加系77（1）異附加系的產(chǎn)生：常用方法是栽培物種與親緣物種或通過橋梁親本再與親緣物種雜交，再用受體親本與F1或F1加倍成的雙倍體回交一至數(shù)次，選出附加單體，再經(jīng)自交即產(chǎn)生。（詳見P65～66）（1）異附加系的產(chǎn)生：常用方法是栽培物種與親緣物種或通過橋梁78抗白粉病八倍體小偃麥和雙體附加系的鑒定Fig10、山農(nóng)Line15根尖染色體熒光原位雜交（箭頭所示微附加系中的中間偃麥草染色體）抗白粉病八倍體小偃麥和雙體附加系的鑒定79抗大麥黃矮病毒的RAPD特異帶左邊第一個：中間偃麥草，第三～第八個，含抗病基因第二個：77－5433，不含抗病基因。抗大麥黃矮病毒的RAPD特異帶80（2）異附加系的鑒定：形態(tài)標記染色體計數(shù)和染色體構(gòu)型分析、染色體分帶、生化標記（同工酶和蛋白質(zhì)）、分子標記、原位雜交等方法鑒定異附加系。（2）異附加系的鑒定：81（3）異附加系的應(yīng)用：生產(chǎn)中尚沒有可直接利用的異附加系，原因主要是細胞學上不穩(wěn)定、遺傳學上不平衡，在導入攜帶有利基因的整條染色體時不可避免地帶入該染色體的許多不利基因。優(yōu)點：①是培育代換系和易位系的有用中間材料；②是研究染色體組親緣關(guān)系、物種起源進化、基因互作、基因表達的有用遺傳材料；③利用連鎖標記生產(chǎn)雜交小麥種子等。（3）異附加系的應(yīng)用：82三、染色體的代換

由外源染色體代換受體品種染色體的個體稱異代換系。通常發(fā)生在同一個部分同源群內(nèi)的不同染色體之間，又分為單體異代換系、二體異代換系等，根據(jù)代換的染色體不同，可分為同種染色體的代換和異種染色體的代換，同種染色體的代換系通?？梢灾苯幼鳛槠贩N使用，而異種染色體的代換系通常是轉(zhuǎn)移有利基因的有效的中間材料。三、染色體的代換由外源染色體代換受體品種染色體的個體83遺4212C-分帶分析，箭頭示2D染色體被攜帶抗黃矮病基因的中間偃麥草染色體代換遺4212C-分帶分析，箭頭示2D染色體被攜帶抗黃矮病基84GISH檢測藍粒小麥中含有長穗偃麥草的染色體片段和染色體GISH檢測藍粒小麥中含有長穗偃麥草的染色體片段和染色體85（一）異代換系的產(chǎn)生（1）在遠緣雜交的回交、自交過程中自發(fā)產(chǎn)生（2）在選育異附加系過程中，由于產(chǎn)生n-1+1配子而產(chǎn)生（3）利用缺體或單體×異附加系，再自交，也可產(chǎn)生異代換系（一）異代換系的產(chǎn)生86染色體工程與植物育種課件87（二）異代換系的鑒定與異附加系的鑒定方法相同，但由于染色體數(shù)不發(fā)生變化，所以一般不能通過染色體計數(shù)來鑒定異代換系，必須輔助減數(shù)分裂期染色體配子對分析進行?？梢岳猛っ负秃怂嵯拗菩云伍L度多態(tài)性來檢測導入受體的外源染色體乃至染色體片段，并據(jù)此確定導入的外源染色體與被代換的受體親本染色體之間的部分同源關(guān)系。（二）異代換系的鑒定88（三）異代換系的應(yīng)用（1）可在生產(chǎn)上直接利用，如小麥Lovlin13（1B/1R代換系）（2）用代換系來轉(zhuǎn)移有用基因，培育易位系比用附加系有優(yōu)勢（3）在基因定位、研究基因效應(yīng)、基因互作方面有特殊優(yōu)越性（特別是整套代換系）（三）異代換系的應(yīng)用89第四節(jié)染色體片段的細胞遺傳學操縱

一、誘導染色體片段轉(zhuǎn)移的方法二、易位系的鑒定三、易位系的利用第四節(jié)染色體片段的細胞遺傳學操縱一、誘導染色體片段轉(zhuǎn)移90轉(zhuǎn)移外源基因較理想的方法是導入攜有有利基因的染色體片段，而且伴隨的額外染色體物質(zhì)愈少愈好（最理想就是轉(zhuǎn)基因了）易位系：指某物種的一段染色體和另一物種的相應(yīng)染色體節(jié)段發(fā)生交換后，基因連鎖群也隨之發(fā)生改變而產(chǎn)生的新類型。轉(zhuǎn)移外源基因較理想的方法是導入攜有有利基因的染色體片段，而且91一、誘導染色體片段轉(zhuǎn)移的方法

（一）輻射誘導易位，最常用的電離輻射。（二）用細胞、組織培養(yǎng)誘導染色體易位，原因可能與培養(yǎng)基中的某些成分和培養(yǎng)過程中的理化因素刺激有關(guān)，因此，組織培養(yǎng)結(jié)合理化誘變可大大提高變異體的頻率，其中將會有不少易位。一、誘導染色體片段轉(zhuǎn)移的方法（一）輻射誘導易位，最常用的電92（三）利用遺傳控制體系誘導染色體易位——ph基因如在小麥5BL上的ph1基因抑制部分同源染色體之間配對，在5BS上存在染色體配對促進基因；還有3DS上的ph2基因，以及3A、4D、2A等上的一些微效抑制基因。因此有人認為，小麥染色體配對控制基因ph基因是主效基因，它還受位于5BS、5DL和5DS、3BL、3DL、2AS等上載有的促進染色體配對基因的制約，它是通過一套遺傳體系來實現(xiàn)的。（三）利用遺傳控制體系誘導染色體易位——ph基因93（四）利用殺配子基因誘導染色體易位所謂殺配子基因，乃是當載有這些基因的染色體處于半合雜合狀態(tài)時，不含該染色體的雌雄配子無受精能力，而這些染色體自身則優(yōu)先傳遞。還有研究認為小麥農(nóng)林26的3B染色體上帶有抑制殺配子效應(yīng)的基因Igcl，該基因和殺配子基因（3S′、3C染色體上）互作，產(chǎn)生染色體斷裂、重接，并可誘導易位。（四）利用殺配子基因誘導染色體易位94（五）利用著絲粒融合誘發(fā)易位，以及利用“染色體組重建”基因誘發(fā)易位在減數(shù)分裂時，兩個非同源的單價染色體同時發(fā)生錯分裂，產(chǎn)生端著絲粒染色體。由這些非同源染色體形成的新端著絲粒染色體融合而形成的易位叫羅伯遜易位?！叭旧w組重建”基因能誘發(fā)高頻率的染色體斷裂和重接。如，在玉米中有一種與染色體重排有關(guān)的系統(tǒng)——X組分，在高大山羊草品系中，發(fā)現(xiàn)一個調(diào)控基因組的基因，等等。（五）利用著絲粒融合誘發(fā)易位，以及利用“染色體組重建”基因誘95不管用什么方法誘導染色體易位，在育種上有用的易位最好是攜帶有用基因的小片段中間插入易位，它們在細胞學和遺傳學上比較穩(wěn)定且容易通過基因重組轉(zhuǎn)入栽培品種并遺傳給后代。不管用什么方法誘導染色體易位，在育種上有用的易位最好是攜帶有96二、易位系的鑒定

比代換系和附加系的鑒定要困難得多，尤其是小片段易位。使用的方法通常是染色體分帶、分子原位雜交、生化標記和分子標記等。二、易位系的鑒定比代換系和附加系的鑒定要困難得多，尤其是小97通過C-分帶鑒定小麥－簇毛麥6VS/6AL易位系通過C-分帶鑒定小麥－簇毛麥6VS/6AL易位系98圖A和圖B:小麥-黑麥易位系BC152-1-1染色體的C-帶(A)和GISH(B)圖A和圖B:小麥-黑麥易位系BC152-1-1染色體的C-99染色體工程與植物育種課件100三、易位系的利用

（1）直接利用：一般是指具有優(yōu)良遺傳背景的易位系。如，具有1RS/1BL易位的許多小麥品種。（2）用作品種改良的親本：指攜有親緣物種有用基因的易位系，如小麥—簇毛麥6Vs/6AL易位系。三、易位系的利用（1）直接利用：一般是指具有優(yōu)良遺傳背景的101第五節(jié)染色體微切割和人工染色體

一、染色體微切割二、人工染色體構(gòu)建的依據(jù)第五節(jié)染色體微切割和人工染色體一、染色體微切割102一、染色體微切割

指在顯微鏡下利用特種工具對某個特定的染色體片斷切割加工。要進行染色體微切割，首先要對染色體進行識別鑒定。又由于目標染色體片斷DNA的量很少，或者由于目標基因大多數(shù)為單拷貝或寡拷貝，因此，常要借助PCR技術(shù)。目前，染色體微切割仍局限于構(gòu)建特定染色體和特定染色體片段的微切割文庫。一、染色體微切割指在顯微鏡下利用特種工具對某個特定的染色體103染色體分離的基本原理由于熒光染料Hoechst只對A-T特異性染色，而染料Chromomycin只對G-C特異性染色。染色體上DNA的堿基序列是不同的，因此這些特異性染料和不同染色體上DNA結(jié)合的量和比例是不同的。結(jié)合這些染后，再經(jīng)激光照射，染色體就會呈現(xiàn)不同的熒光帶。將特定染色體發(fā)出的熒光波長輸入計算機，通過計算機控制就可將發(fā)出同一波長的染色體收集在一起，從而實現(xiàn)染色體的分離。染色體分離的基本原理104ChromosomesofChineseSpringstainedwithCarboFuchsin,Oneofchromosome6BindicatedinAwasmicrodissectedintoR1,R2,R3andR4sections(B)Barrepresents10μmChromosomesofChineseSpring105染色體微切割最常用的方法有兩種微細玻璃針切割法：采用特細的玻璃針（尖端直徑約為0.17μm）在倒置顯微鏡下對目的基因所在染色體區(qū)段進行切割與分離。顯微激光切割法：將染色體標本在底部貼有特殊薄膜的培養(yǎng)皿上制作，利用激光共聚焦掃描顯微系統(tǒng)，依靠高能量激光照射非選擇細胞或染色體，使其受熱蒸發(fā)，最后只留下目的染色體。染色體微切割最常用的方法有兩種106二、人工染色體構(gòu)建的依據(jù)

染色體要確保在細胞分裂中保持穩(wěn)定，必須要能夠自我復制和向子細胞中平均分配。它需要3個關(guān)鍵序列，包括自主復制DNA序列（autonomouslyreplicatingsequence，ARS）、著絲粒DNA序列（centromereDNAsequence，CEN)和端粒DNA序列（telomereDNAsequence,TEL）。二、人工染色體構(gòu)建的依據(jù)染色體要確保在細胞分裂中保持穩(wěn)定，107著絲粒、端粒、復制起始點是真核生物染色體的三個最基本的組成元件。實際研究中常是根據(jù)不同的需要進行構(gòu)建。如，酵母人工染色體（YAC）是目前容量最大的克隆載體，但遺傳不穩(wěn)定。細菌人工染色體（BAC）和P1克隆系列和源于P1的PAC可作為YAC的重要補充，但它們都不能直接轉(zhuǎn)化植物細胞。著絲粒、端粒、復制起始點是真核生物染色體的三個最基本的組成元108因此，又有人構(gòu)建了雙元細菌人工染色體（BIBAC）和可能轉(zhuǎn)化人工染色體（TAC）。而上述這些人工染色體都是針對基因克隆存在的一些問題而設(shè)計的。在育種中可能真正有作用的人工染色體，如哺乳動物人工染色體（MAC）和植物人工染色體（PAC），還處在研究階段中。因此，又有人構(gòu)建了雙元細菌人工染色體（BIBAC）和可能轉(zhuǎn)化109

將3個關(guān)鍵序列用分子生物學方法拼接起來就得到人造微小染色體（artificialminichromosome），在大片段DNA分子的克隆、基因組分析、基因功能鑒定、基因治療以及研究染色體結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系等研究中得到了廣泛的應(yīng)用，具有極為重要的價值。目前，正在研究或應(yīng)用的有：酵母人工染色體(yeastartificialchromosome,YAC)細菌人工染色體（bacterialartificialchromosome,BAC）哺乳動物人工染色體(mammalianartificialchromosome)。將3個關(guān)鍵序列用分子生物學方法拼接起來就得到人造微110

基于ARS、CEN、TEL是線性染色體穩(wěn)定的功能序列,人們利用這些序列構(gòu)建載體,重組后的DNA以線性狀態(tài)存在,這樣不僅穩(wěn)定,而且大大提高了插入外源基因的能力,并且可以像天然染色體一樣在寄主細胞中穩(wěn)定復制和遺傳，稱為人工染色體。如利用從酵母染色體上分離的ARS、CEN、TEL序列構(gòu)建載體，然后用這種載體構(gòu)建的染色體即稱為酵母人工染色體?；贏RS、CEN、TEL是線性染色體穩(wěn)定的功能111酵母人工染色體的構(gòu)建

酵母人工染色體的構(gòu)建112是基于大腸桿菌的F質(zhì)粒構(gòu)建的，高通量低拷貝的質(zhì)粒載體。每個環(huán)狀DNA分子中攜帶一個抗生素抗性標記，一個來源于大腸桿菌F因子（致育因子）的嚴謹型控制的復制子oriS（Shizuyaetal.1992），一個易于DNA復制的由ATP驅(qū)動的解旋酶（（RepE）以及三個確保低拷貝質(zhì)粒精確分配至子代細胞的基因座（parA,parB,和parC）。是基于大腸桿菌的F質(zhì)粒構(gòu)建的，高通量低拷貝的質(zhì)粒載體。每113第六節(jié)染色體工程和作物育種

一、染色體工程中值得注意的問題二、應(yīng)用染色體工程方法開展植物育種時應(yīng)注意的幾個方面第六節(jié)染色體工程和作物育種一、染色體工程中值得注意的問114一、染色體工程中值得注意的問題

（1）外源基因能否在受體中表達，與受體的遺傳背景有關(guān)。（2）轉(zhuǎn)移有利基因的同時不可避免地帶入不利基因。一、染色體工程中值得注意的問題（1）外源基因能否在受體中表115二、應(yīng)用染色體工程方法開展植物育種時應(yīng)注意的幾個方面

染色體工程的產(chǎn)品主要是新的遺傳種質(zhì)而不是品種，在創(chuàng)造出新的遺傳種質(zhì)之后，還必須通過常規(guī)育種方法或綜合其它育種方法將外源基因組裝到綜合農(nóng)藝性狀好的親本中去。為此，在應(yīng)用染色體工程方法開展植物育種時應(yīng)注意幾個方面：（一）目標性狀：是欠缺的或急需的，最好是單基因或寡基因控制；二、應(yīng)用染色體工程方法開展植物育種時應(yīng)注意的幾個方面染色體116（二）初始親本和回交親本：選用最優(yōu)異的系或單株作原始供體親本，并盡可能分系或分單株保存；盡可能選用綜合農(nóng)藝性狀較好的推廣品種或優(yōu)良品系作回交親本，同時考慮長遠的育種發(fā)展需要；（三）群體大小要看重組率高低、育種方法、質(zhì)量或數(shù)量性狀及顯隱性、親緣關(guān)系和基因互作關(guān)系等方面；（四）輔助分子或細胞學標記進行選擇，通過加代，縮短育種年限。（二）初始親本和回交親本：選用最優(yōu)異的系或單株作原始供體親本117[復習思考題]：1、染色體工程的概念和主要內(nèi)容是什么？2、單倍體在育種上的優(yōu)勢和不足分別是什么？3、三倍體無子西瓜是怎么形成的？4、如何應(yīng)用單體缺體進行基因定位？5、三級三體大麥的保持和利用。6、YAC、BAC、BIBAC、TAC、MAC、PAC分別指什么？[復習思考題]：118第三章染色體工程與植物育種

第三章染色體工程與植物育種119染色體工程與植物育種課件120植物染色體工程的用途十分廣泛，主要用在基因定位和異源基因的導入。我國自80年代開始進行染色體工程育種研究，經(jīng)過“六五”和“七五”協(xié)作攻關(guān)，在小麥染色體工程育種方面有較大進展，創(chuàng)制了小麥與黑麥(Secalecereals)、山羊草(Aegilopstauschii)、簇毛麥(Haynaldiavillosa)、大麥(Hodeumvulgare)、類麥(Thinopyrum)等近緣種、屬的雙二倍體，轉(zhuǎn)育了不同生態(tài)型的小麥單體系統(tǒng)和缺體系統(tǒng)，選育出了多種異附加系、異代換系和易位系。這是一批十分有用的染色體工程基礎(chǔ)材料，是選育小麥良種的寶貴資源。

植物染色體工程的用途十分廣泛，主要用在基因定位和異源基因的導121本章內(nèi)容提要第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容第二節(jié)染色體組水平的操縱技術(shù)第三節(jié)染色體水平的細胞遺傳學操縱第四節(jié)染色體片段的細胞遺傳學操縱第五節(jié)染色體微切割和人工染色體第六節(jié)染色體工程和作物育種本章內(nèi)容提要第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容122第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容

一、概念二、親緣關(guān)系遠近與遺傳操作策略三、染色體的操縱的三個水平第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容一、概念123一、染色體工程概念該術(shù)語最早由里克（Rick）和庫升（Khush）于1966年在論述番茄單體、三體和缺體時提出的。染色體工程：按照人們預定目標，采用一定的方法和步驟，通過染色體操縱改變生物染色體組，并進而改變其遺傳性的過程。——陳佩度染色體工程：是人們按照一定的設(shè)計，有計劃地消減、添加或代換同種或異種染色體，從而達到定向改變遺傳性和選育新品種的一種技術(shù)?！钪居氯旧w工程：指某一種植物的染色體或染色體片段按照人們的意愿進行添加、消減、代換或易位，從而達到定向改變植物遺傳性的一項技術(shù)?！愐h一、染色體工程概念該術(shù)語最早由里克（Rick）和庫升（Khu124陳佩度本課教材編者陳佩度125狹義和廣義染色體工程：狹義：指人工分離染色體或染色體片段，導入受體原生質(zhì)體，再經(jīng)過原生質(zhì)體培養(yǎng)再生細胞壁、愈傷組織，直至再生出完整植株的過程。廣義的還應(yīng)包括應(yīng)用細胞遺傳學技術(shù)通過有性雜交和回交、細胞組織培養(yǎng)和體細胞雜交等方法，按預定目標有計劃有步驟地轉(zhuǎn)移染色體組、染色體或染色體片段。狹義和廣義染色體工程：126注：導入的染色體必須是有活力的，導入原生質(zhì)后，又涉及到如何與受體染色體“共處”或“重組”問題。染色體工程在培育抗病新品種上有重要意義，而且是基因定位和染色體轉(zhuǎn)移等基礎(chǔ)研究的有效手段。注：導入的染色體必須是有活力的，導入原生質(zhì)后，又涉及到如何與127染色體組：生物體內(nèi)維持生命活動所必須的一套非同源染色體（用x表示），它是遺傳的生命單位。部分同源群：分別處于不同染色體組中，最早可能由同一條染色體演化而成的，具有不同程度同源關(guān)系的染色體互稱為部分同源染色體并共同組成一個部分同源群。它們具有基本相似的核苷酸組成和排列次序，相互之間具有一定的補償性。染色體組和部分同源群染色體組：生物體內(nèi)維持生命活動所必須的一套非同源染色體（用x128二、親緣關(guān)系遠近與遺傳操作策略

1、含有同源染色體組物種間的遺傳操縱特點：有性雜交容易成功，F(xiàn)1雌雄配子的育性較好策略：采用一般的有性雜交技術(shù)，如果雙親間遺傳性狀差異大，要加大雜種群體、增加選擇代數(shù)、或輔以花藥花粉培養(yǎng)等技術(shù)誘導單倍體，然后加倍，加速形成純合體。二、親緣關(guān)系遠近與遺傳操作策略1、含有同源染色體組物種間的1292、含有部分同源染色體組物種間的遺傳操縱特點：沒有相同的染色體組，但具有部分同源關(guān)系，有性雜交有難度，雜種后代雙親染色體間很少或基本不配對。策略：通過回交，育成異附加系或異代換系；通過操縱染色體配對控制體系（如小麥5B），可促進具有部分同源關(guān)系的染色體間配對，發(fā)生交換和重組；也可以通過理化因子或生物因子（如小麥近緣種中的殺配子基因）誘導染色體斷裂、重接，產(chǎn)生易位。2、含有部分同源染色體組物種間的遺傳操縱特點：沒有相同的染色1303、無同源染色體組物種間的遺傳操縱特點：無同源性，有性雜交極其困難，或至今得不到有性雜種。策略：采用體細胞雜交技術(shù)獲得體細胞雜種。3、無同源染色體組物種間的遺傳操縱特點：無同源性，有性雜交極131三、染色體操縱的三個水平

1、染色體組操縱：添加或消減同種或異種染色體組，合成雙二倍體或部分雙二倍體，或者創(chuàng)造單倍體。三、染色體操縱的三個水平1、染色體組操縱：添加或消減同種或1322、染色體操縱：整條染色體的附加、消除、代換，導入的染色體要有完整的著絲粒和端粒，以保持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和進行正常的復制分裂。2、染色體操縱：整條染色體的附加、消除、代換，導入的染色體要1333、染色體片段操縱：指染色體片段的轉(zhuǎn)移→易位、添加或消除。需要經(jīng)過染色體斷裂和重接，新形成的染色體具有且只具有一個著絲粒，而且染色體兩端形成完好端粒。3、染色體片段操縱：指染色體片段的轉(zhuǎn)移→易位、添加或消除。需134在育種中，不僅要求整組染色體、整條染色體或染色體片段的操縱成功，還要求經(jīng)操縱后的個體在細胞遺傳學上的穩(wěn)定性，在遺傳組成和形態(tài)特性上比原有親本更加優(yōu)良。在育種中，不僅要求整組染色體、整條染色體或染色體片段的操縱成135（補充）染色體變異染色體結(jié)構(gòu)變異染色體易位：一個染色體上某一區(qū)段與另一非同源染色體上的區(qū)段發(fā)生互換。染色體缺失：染色體的某一區(qū)段及其帶有的基因一起丟失。染色體倒位：染色體上某一區(qū)段連同它帶有的基因順序發(fā)生180度倒轉(zhuǎn)。染色體重復：一個染色體上增加了相同的某個區(qū)段。（補充）染色體變異染色體結(jié)構(gòu)變異136（補充）染色體變異染色體數(shù)變異一是體細胞內(nèi)以染色體組為基數(shù)進行的整倍性變化，以整倍體染色體數(shù)目變化產(chǎn)生的變異會產(chǎn)生多倍體和單倍體；另一種是染色體組內(nèi)的個別染色體數(shù)目有所增減，使細胞內(nèi)的染色體數(shù)目不是基數(shù)的的完整倍數(shù)，因此被稱為非整倍體。（補充）染色體變異染色體數(shù)變異137第二節(jié)染色體組水平的操縱技術(shù)

一、遠緣雜交障礙及克服途徑二、染色體組的消減：即單倍體產(chǎn)生和二倍體化三、染色體組的添加——異源多倍體、同源多倍體等第二節(jié)染色體組水平的操縱技術(shù)一、遠緣雜交障礙及克服途徑138一、遠緣雜交障礙及克服途徑障礙：花粉萌發(fā)不好、花粉管伸長緩慢、雄配子不能順利通過珠孔進入胚囊殼完成受精、遠緣雜種的某親本的染色體全部或部分消失、雜種滅亡和雜種不育?？朔緩剑菏褂檬Щ畹哪副净ǚ?、生長素類物質(zhì)（2，4—D）或利用可交配基因和橋梁親本，采取幼胚拯救和染色體加倍等措施。一、遠緣雜交障礙及克服途徑障礙：花粉萌發(fā)不好、花粉管伸長緩慢139二、染色體組的消減：即單倍體產(chǎn)生和二倍體化

1、單倍體：含有配子染色體數(shù)目的孢子體。單倍體包括：（1）整倍體單倍體：一倍體、多倍單倍體（同源多倍單倍體、異源多倍單倍體）（2）非整倍體單倍體：二體單倍體（n+1）、附加單倍體（n+1′）、缺體單倍體（n-1）、置換單倍體（n-1+1′）二、染色體組的消減：即單倍體產(chǎn)生和二倍體化1、單倍體：含有1402、單倍體的產(chǎn)生①自然產(chǎn)生：雙生苗（多胚現(xiàn)象）、半配合（精、卵各自分裂→嵌合體）②誘發(fā)產(chǎn)生：遠源雜交誘導、延遲授粉、單倍體的誘發(fā)基因（大麥中的hap基因）和核質(zhì)互作、利用合子發(fā)育過程中染色體消減，以及花藥、花粉核未授粉的子房、胚珠培養(yǎng)等。2、單倍體的產(chǎn)生1413、二倍體化可自然加倍，但頻率很低，一般需要人工加倍。目前最常用的方法是用秋水仙素處理在細胞分裂時期的分生組織，使其新生器官的染色體加倍。3、二倍體化1424、單倍體在育種上的應(yīng)用（1）提高選擇效率，加速育種進程，因為單倍體的基因型核表現(xiàn)型是一致的，對于隱性基因控制的性狀特別有效，常規(guī)雜交育種需要8～10年，而單倍體育種只須一個世代即可得到純合二倍體。（2）加速純系的獲得，尤其對于玉米等異花授粉作物雜種優(yōu)勢利用來說具有特別重要意義。4、單倍體在育種上的應(yīng)用143（3）利用花粉植株進行異源染色體或基因的轉(zhuǎn)移，例如：小黑麥（AABBRR）×小麥（AABBDD）→F1（AABBRD）→R、D兩組單體在減數(shù)分裂過程中將以0～7的各種可能出現(xiàn)于子細胞中。通過花粉培養(yǎng)可得到類型豐富的花粉植株，這些植株在遺傳育種中具有重要的研究利用價值。（3）利用花粉植株進行異源染色體或基因的轉(zhuǎn)移，例如：小黑麥（144（4）利用單倍體進行突變體的選擇，由于單倍體沒有顯隱性關(guān)系，所以無論是培養(yǎng)過程中引起的體細胞變異還是在人工誘導產(chǎn)生的突變體，特別是隱性突變體，均可以有效地表現(xiàn)出來。（4）利用單倍體進行突變體的選擇，由于單倍體沒有顯隱性關(guān)系，1455、單倍體育種的不足（1）基因重組的機會只有一次，缺少常規(guī)雜交育種各個分離世代的基因交換與重組的機會，后代不能積累更多的優(yōu)良基因。（2）單倍體誘導技術(shù)還不是很完善，花培出愈率和綠苗率均較低，單倍體群體小，很多優(yōu)良基因可能被淘汰。

5、單倍體育種的不足146三、染色體組的添加——異源多倍體、同源多倍體等

多倍體（polyploid）這個名詞是由Winkler（1916年）首先使用的，它是指每個體細胞中含有三個或更多染色體組的個體而言。染色體組成多倍性現(xiàn)象在高等植物中相當多，但動物界的多倍體現(xiàn)象卻少得多。自從60年代發(fā)現(xiàn)一種美洲角蛙是一個確定的四倍體動物以來，學者們陸續(xù)在低等脊椎動物中發(fā)現(xiàn)許多多倍體動物，包括魚類、兩棲類和爬行類。三、染色體組的添加——異源多倍體、同源多倍體等多倍體（po147由于多倍體動物具有生長速度快，成活率高及抗病能力強等特點，所以人工誘導多倍體、改善動物經(jīng)濟性狀倍受重視染色體工程與植物育種課件148染色體組的添加可以自然發(fā)生，也可以人工誘導合成1、異源多倍體：在正常二倍體染色體組的基礎(chǔ)上添加一個至多個異種染色體組的個體。如：小麥、燕麥、棉花等典型的例子是普通小麥和小黑麥染色體組的添加可以自然發(fā)生，也可以人工誘導合成149一粒小麥（AA）2n＝14×？（BB）AB染色體自然加倍二粒小麥（AABB）2n＝28×節(jié)節(jié)麥（DD）2n＝14ABD染色體自然加倍普通小麥（AABBDD）2n＝42一粒小麥（AA）2n＝14×？（BB）AB染色150普通小麥AABBDD×黑麥RRABDR（不育）染色體加倍AABBDDRR八倍體小黑麥普通小麥AABBDD×黑麥RRABDR（不育）染色體加倍151硬粒小麥（AABB）×黑麥（RR）ABR（不育）染色體加倍AABBRR（六倍體小黑麥）硬粒小麥（AABB）×黑麥（RR）ABR（不育）染色體加1522、同源多倍體：在正常二倍體的染色體基礎(chǔ)上添加一個至多個同種染色體組的個體。如：馬鈴薯等同源多倍體在有利基因劑量效應(yīng)對植株的生長量和某些生物產(chǎn)物有促進作用。如三倍體甜菜、橡膠、香蕉、西瓜、草莓等。典型例子：三倍體無籽西瓜3、同源異源多倍體（如AAAAGG）是介于同源多倍體和異源多倍體之間的過渡類型。2、同源多倍體：在正常二倍體的染色體基礎(chǔ)上添加一個至多個同種153典型例子：三倍體無籽西瓜二倍體西瓜（BB2n＝2x＝22）0.2%秋水仙素處理生長點四倍體西瓜（BBBB）♀×二倍體西瓜♂三倍體西瓜（BBB）（*不育，不結(jié)籽，在外界花粉刺激下可結(jié)實）典型例子：三倍體無籽西瓜二倍體西瓜（BB2n＝2x＝2154染色體工程與植物育種課件155四、人工誘導多倍體的方法生物學方法

Rasch等（1965）年首次證明了三倍體脊椎動物可以通過雜交產(chǎn)生，他們將雌核發(fā)育的二倍體帆鱂（Poeciliaformosa）與P.Vittate雜交，得到三倍體后裔。雌性草魚（2n=48）與雄性三角魴（2n=48）雜交獲得子一代染色體數(shù)目為72的草魴雜種三倍體，其中草魚提供了二倍數(shù)目的染色體（48），三角魴提供了單倍數(shù)目的染色體（24）。異育銀鯽與興國紅鯉雜交獲得的復合四倍體，通過細胞方法證明其產(chǎn)生的原因是受精卵發(fā)生了兩性融合。四、人工誘導多倍體的方法生物學方法156物理學方法溫度休克法：包括冷休克法和熱休克法兩種，即用略高于或略低于致死溫度的冷或熱休克來誘導三倍體或四倍體的方法。此法廉價、易操作，是誘導動物細胞多倍體化的常用手段，也有利于養(yǎng)殖場大規(guī)模生產(chǎn)使用。水靜壓法：就是采用較高的水靜壓（65kg/cm2）來抑制第二極體的放出或第一次卵裂產(chǎn)生多倍體。此種方法誘導率高（90%~100%）、處理時間短（3~5min），對受精卵損傷小、成活率高。但該法需要專門的設(shè)備——水壓機，成本較高，其樣品室容量有限，處理卵的量有限，所以不適于大規(guī)模生產(chǎn)。物理學方法157化學方法細胞松馳素B：能抑制肌動蛋白聚合成微絲，從而抑制細胞質(zhì)分裂。秋水仙堿：可以抑制細胞分裂中紡綞絲的形成，因而抑制有絲分裂。其它藥物：N2O和聚乙二醇等?；瘜W方法158五、多倍體倍性鑒定的方法核體積測量：二倍體/三倍體核體積之比為1:1.5，二倍體與四倍體的核體積之比為1:1.74。蛋白質(zhì)電泳：生化分析：如在關(guān)東系銀鯽中，三倍體紅血球的丙酮酸激酶的含量含著高于二倍體。染色體計數(shù)：是鑒定多倍性的一個準確的直接方法。DNA含量測定：流式細胞儀。五、多倍體倍性鑒定的方法核體積測量：二倍體/三倍體核體積之比159染色體直接計數(shù)法準確、直接，但費時；紅細胞體積測量法省時、簡單，在生產(chǎn)現(xiàn)場就能進行而廣為人們采用，但缺乏準確性，亦測不出嵌合體，往往需要校正；DNA含量測定法是較為先進常用的方法，其測定快速準確，并能測出嵌合體，但需要特殊的儀器設(shè)備。染色體直接計數(shù)法準確、直接，但費時；160六、多倍體動物的應(yīng)用及發(fā)展趨勢多倍體動物的生活力及生長能力。許多誘導的多倍體動物如兩棲類、魚類、貝類等都具有良好的生存力和生長率。誘導三倍體可以增加種間雜種的成活率，三倍體種間雜種可以比二倍體雜種成活得更好一些。六、多倍體動物的應(yīng)用及發(fā)展趨勢多倍體動物的生活力及生長能力。161多倍體動物的性腺發(fā)育及其應(yīng)用三倍體預期是不育的，許多實驗也都證明了這一點。生產(chǎn)上可以利用這個不育特性，將生殖腺發(fā)育消耗的能量用于動物生長上，避免因繁殖季節(jié)及肉質(zhì)下降而延誤上市時間或影響商品價值，也避免了生長停滯和死亡率的增高，縮短了養(yǎng)殖周期、減少了養(yǎng)殖成本，可養(yǎng)成大型個體。與三倍體不同，四倍體是可育的。目前如何大量誘導四倍體并培育至性成熟，爾后與正常二倍體雜交獲得不育的三倍體，進行三倍體育種是許多學者正在致力研究的課題。多倍體動物的性腺發(fā)育及其應(yīng)用162多倍體動物的其它經(jīng)濟性狀三倍體虹鱒的魚肉質(zhì)量確實優(yōu)于二倍體，其抗傳染性造血器官壞死病毒能力較強；三倍體大西洋鮭耐低氧，故可適用于低氧環(huán)境養(yǎng)殖；三倍體香魚對聲音和光線的感受能力比二倍體香魚略顯遲鈍，適于在噪音較大的環(huán)境中放養(yǎng)。多倍體動物的其它經(jīng)濟性狀163七、多倍育種中存在的問題準確的處理時間；誘導率、成活率及孵化率的提高；準確可靠的倍性鑒定方法的確定。七、多倍育種中存在的問題準確的處理時間；164第三節(jié)染色體水平的細胞遺傳學操縱

一、染色體的消減二、染色體的添加三、染色體的代換第三節(jié)染色體水平的細胞遺傳學操縱一、染色體的消減165一、染色體的消減

從正常細胞中去掉一條染色體，染色體數(shù)變?yōu)椋?n-1），叫做單體；去掉一對同源染色體，則叫缺體（2n-2）；如果去掉的是兩條非同源染色體則稱為雙單體（2n-1-1）。除了消減正常的整條染色體外，還可以消減染色體的某一個臂，稱為端體。一、染色體的消減從正常細胞中去掉一條染色體，染色體數(shù)變?yōu)椋?66單體在遺傳上不穩(wěn)定，自交后可分離出正常的二體、單體和缺體三種類型，除缺體外，多數(shù)單體和二體在外部形態(tài)上十分相似，直觀上很難區(qū)分，必須進行細胞學觀察，才能把單體植株挑選出來。因此，單體植株的保存很困難。單體在遺傳上不穩(wěn)定，自交后可分離出正常的二體、單體和缺體三種167染色體工程與植物育種課件168以小偃6號1D單體（含14＋15）作為受體與含有5＋10優(yōu)質(zhì)亞基的品種雜交，進行優(yōu)質(zhì)亞基聚合的染色體工程法。以小偃6號1D單體（含14＋15）作為受體與含有5＋10優(yōu)質(zhì)1692D單體小麥與遺4212雜交F1出現(xiàn)的單價體2D單體小麥與遺4212雜交F1出現(xiàn)的單價體170箭頭示雙單體箭頭示雙單體1714D缺體小麥PMC減數(shù)分裂MI2n=20Ⅱ八倍體小堰麥PMC減數(shù)分裂MI2n=28Ⅱ雜種F1根尖染色體2n=484D缺體小麥PMC減數(shù)分裂MI2n=20Ⅱ八倍體小堰麥PM172簇毛麥6VS端體：a,T240-6-1(2n=41+t);b,T240-6-1(2n=41+2t)

簇毛麥6VS端體：a,T240-6-1(2n=41+t);173染色體工程與植物育種課件174在染色體工程上，常用單體植物系統(tǒng)和缺體植物系統(tǒng)，它們是染色體工程和基因定位的重要材料。例如，已知某植物的某對性狀是由A和a一對基因控制的，而且已獲得該植物的所有單體或缺體，用單體法或缺體法確定A（a）基因所在的染色體。1、單體法2、缺體法單體、缺體在基因定位上的應(yīng)用在染色體工程上，常用單體植物系統(tǒng)和缺體植物系統(tǒng)，它們是染色體1751、單體法（1）若測定的二體植株的基因是隱性純合時，則單體系列為顯性。1、單體法176Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×A表現(xiàn)型單體（n-1）Ⅱ+ⅠA

G（n-1）Ⅰ+Ⅰa（n-1）Ⅰ（n-1）Ⅰ+ⅠA

F1（n-1）Ⅱ+Ⅰa（n-1）Ⅱ+ⅡAa

所有單體為a表現(xiàn)型所有二體為A表現(xiàn)型

①若待測基因在某單體染色體上時，則aa基因型雙體（2n）與A表現(xiàn)型的該染色體的單體（2n-1）雜交后，F(xiàn)1代表現(xiàn)型為：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×177②若待測基因不在某單體染色體上時，則F1表現(xiàn)型為：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱaa+Ⅱ×A表現(xiàn)型單體（n-1）ⅡAA+ⅠG（n-1）Ⅰa+Ⅰ（n-1）ⅠA（n-1）ⅠA+ⅠF1（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）ⅡAa+Ⅱ無論單體還是二體，均為A表現(xiàn)型

②若待測基因不在某單體染色體上時，則F1表現(xiàn)型為：Pa表178（2）若測定的基因為顯性純合時，則單體材料為隱性。

①若待測基因在某單體染色體上時，則AA基因型二體（2n）與a基因型的該染色體單體（2n-1）雜交后，F(xiàn)2代的分離情況為：

（2）若測定的基因為顯性純合時，則單體材料為隱性。①若待測179PA表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+ⅡAA×a表現(xiàn)型單體（n-1）Ⅱ+ⅠaG（n-1）Ⅰ+ⅠA（n-1）Ⅰ（n-1）Ⅰ+ⅠaF1（n-1）Ⅱ+ⅠA（n-1）Ⅱ+ⅡAa

F2（n-1）Ⅱ+ⅡAA（n-1）Ⅱ+ⅡAA（n-1）Ⅱ+ⅠA（n-1）Ⅱ+ⅡAa（n-1）Ⅱ（n-1）Ⅱ+Ⅱaa因缺體的生活力較弱，占很少一部分幾乎全部為顯性性狀顯隱性比例為3︰1自交

自交PA表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+ⅡAA×a表現(xiàn)型180②若待測基因不在某單體染色體上，則F2分離情況為：PA表現(xiàn)型二體（n-1）ⅡAA+Ⅱ×a表現(xiàn)型單體（n-1）Ⅱaa+ⅠG（n-1）ⅠA+Ⅰ（n-1）Ⅰa（n-1）Ⅰa+ⅠF1（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）Ⅱ+ⅡAa

自交自交F2（n-1）ⅡAA+Ⅱ（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）Ⅱaa+Ⅱ（n-1）ⅡAA+Ⅰ（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）Ⅱaa+Ⅰ