植物染色体工程
第十五章 植物染色体工程
二、染色体数目变异 染色体数目变异能以个体或染色体组为单 位增加或减少。 位增加或减少。 染色体组：二倍体生物的一个配子的全部 染色体组： 染色体。 染色体。 整倍体： 整倍体：指体细胞内含有完整的染色体组 的类型。 的类型。 非整倍体： 非整倍体：指染色体组内的个别染色体数 目有所增减， 目有所增减，使染色体数目不是基数的完整 倍数。 倍数。
2．单倍体育种的优越性 可以克服杂种分离的困难, （1）可以克服杂种分离的困难,缩短 杂交育种时间, 杂交育种时间 , 一般只需一年就可迅 速获得自交系,两年可获得纯系。 速获得自交系,两年可获得纯系。 （2）大大提高选育效率。 大大提高选育效率。 能克服远缘杂交的不孕性， （ 3 ） 能克服远缘杂交的不孕性 ， 创 造出新物种。 造出新物种。
2．多倍体倍性鉴定的方法 间接法： 间接法：核体积测量法 蛋白质电泳 系列化分析 形态学检查 直接法： 直接法：染色体计数 DNA含量测定 DNA含量测定
3 多倍体育种重要性
（1）.多倍体植物优势 • 对不利环境的适应有明显优势 • 花大、果大，营养改善 花大、果大， • 果树可延长储存期 多倍体植物的性状比原来的二倍体气孔、 多倍体植物的性状比原来的二倍体气孔、花、果实和种 子比二倍体者为大，叶肉较厚， 子比二倍体者为大，叶肉较厚，茎秆也较粗壮 。 植物多倍体育种： 巨大月见草为第一个多倍体。 植物多倍体育种 ： 巨大月见草为第一个多倍体 。 三倍 体欧洲山杨是最早林木多倍体。 体欧洲山杨是最早林木多倍体。
3．人工诱导单倍体的方法
远缘杂交 标记花粉的利用 延迟授粉 核置换 射线照射 染色体有选择地消失 未授粉子房培养和花粉培养（最佳） 未授粉子房培养和花粉培养（最佳）
4．小麦花药培养生成单倍体加倍 植株过程 （1）花粉的获得 （2）花药制备与培养 （3）愈伤组织培养 （4）移栽 （5）染色体加倍获得二倍体
1700_植物染色体工程
小麦： AABBDDRR x AABBDD
AABBDD+R（7I）
（2n+1）： AABBDD+I1R AABBDD+I2R …….…
异附加系： AABBDD+II1R ……………
缺体 21II – 6DII x 20II+6DIIrr
ABD+IR x ABD-IT
20II+IT+IR
多倍体：细胞中含有三个或更多染色体组的个体 单倍体：细胞中含有正常体细胞的一半染色体数
非整倍体变化：
染色体减少：单体（减1条）、缺体（减1对） 染色体增加：三体（加1条）、四体（加1对） 染色体代换：同种代换、异种代换
一、 植物染色体倍性改造
1. 人工诱导植物多倍体的意义 2. 染色体加倍技术 3. 植物的多倍体育种 4. 植物的单倍体育种
专 注 今 天 ， 好好努 力，剩 下的交 给时间 。21.1.1821.1.1812:1912:19:0112:19:01Jan-21
牢 记 安 全 之 责，善 谋安全 之策， 力务安 全之实 。2021年 1月18日 星期 一12时 19分1秒 Monday, January 18, 2021
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基本培养基选择 植物激素的调节 糖浓度调节
完整植物体的形成再生小植株的驯化和移植
（4）单倍体植物的染色体加倍
加倍方法：
用得最多的是化学诱变法 秋水仙素、富民农、对二氯苯、8-羟基喹
啉等
加倍技术
小苗浸泡法 生长锥处理 培养基加倍
二、染色体非整倍体变化
植物染色体常规分析技术
植物染色体常规分析技术植物染色体常规分析技术是一种用于研究植物基因组结构与功能的重要手段。
在植物遗传学和分子生物学研究中，通过对植物染色体的观察和分析，可以揭示植物的遗传特性、染色体的结构与功能，并为植物育种和基因工程提供实验依据。
本文将重点介绍植物染色体常规分析技术的原理、方法和应用。
染色体制片是最基本的植物染色体常规分析技术。
它通过对植物组织进行处理和解离，将解离的细胞制作成染色体悬滴或薄片，再通过染色体标记技术进行染色和观察。
染色体制片的制备方法有多种，如固定-解离-染色法、醋酸不敏感-解离-染色法、花草植物花蕾组织研磨法等。
G-显带和C-显带染色技术是常用的染色体染色技术，可用于对植物染色体的结构和功能进行分析。
G-显带染色技术主要通过染色体在酸性条件下的显色性质差异来观察和比较染色体的组织型结构，得到染色体的G-带。
C-显带染色技术则通过对染色体进行DNA硫酸基蛋白酶酶解和碱处理，使DNA与染色体分离，再通过DNA染色剂进行染色，得到染色体的C-带。
染色体定位可通过显微术观察染色体位置和形态的变化，以及采用染色体标记和探针技术的方法，精确定位和描绘染色体的分布情况。
常用的方法有细胞核型分析、Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) 技术等。
染色体行为观察是研究染色体变化和功能的重要手段。
通过观察染色体在有丝分裂和减数分裂过程中的行为，可以揭示染色体的形态变化、染色体的遗传性状等。
常用的方法有染色体标记和染色体芯片技术。
基因组分析是通过对植物基因组的染色体进行分析，揭示植物基因组的组成、结构和功能，并进一步阐明基因功能和基因组演化规律。
常用的方法有荧光原位杂交（FISH）、光学显微镜观察、超高分辨率的二次离子反射质谱成像技术等。
植物染色体常规分析技术在植物遗传学研究和育种实践中得到广泛应用。
通过对植物染色体的观察和分析，可以解决植物遗传问题、揭示植物遗传基础、鉴定染色体缺陷和异常等。
植物的染色体与遗传优化
非编码RNA调控
非编码RNA在植物表观遗传学调 控中发挥着重要作用，通过调控 非编码RNA的表达和功能，可实
现植物遗传性状的优化。
04
遗传优化在农业生产中应用
提高农作物产量和品质策略
选用高产、优质品种
通过遗传优化，选育出具有高产、优质特性的农作物品种。
杂交育种
利用杂交优势，将不同品种的优良性状结合在一起，培育出高产 、优质、适应性强的新品种。
国内法规与政策
我国制定了《农业转基因生物安全管理条例》等法规，对农业转基因生物的研 究、试验、生产、加工、经营和进口等活动进行安全管理。
公众参与决策过程设计建议
建立公众参与机制
在遗传优化植物的研发、审批和推广过程中，应建立公众参与机 制，广泛征求社会各界的意见和建议。
加强信息公开和透明度
相关部门应及时公开遗传优化植物的研发进展、安全评估结果等信 息，保障公众的知情权和监督权。
ZFNs技术
ZFNs（Zinc Finger Nucleases）是一种基于锌指蛋白的核酸酶，也可用于植物基因组的 定点突变和敲除。
染色体片段替换和重组策略
01
染色体步移技术
通过染色体步移技术，可以实现对植物染色体上特定区域的替换和重组
，进而研究该区域的基因功能和表达调控。
02
重组酶系统
利用重组酶系统，如Cre/loxP和FLP/FRT等，可在植物细胞内实现染色
对生物多样性的影响
遗传优化可能导致某些基因型的消失，从而影响生物多样性和生态 平衡。
潜在的生态灾难风险
如果优化后的植物在自然环境中无法被有效控制，可能会成为“超 级杂草”，对农业生产和生态环境造成威胁。
国内外相关法规政策解读
染色体组工程育种
染色体组工程育种
染色体组工程育种是一种利用基因工程技术对作物的染色体进行改造、重组和调控，进而改良其性状和品质的育种方法。
这一技术包括基因编辑和植物转基因两种主要方法。
基因编辑是通过诱导突变或逆转座子技术，有针对性地改变染色体上的特定位点，达到增加有益基因或抑制有害基因的效果。
例如，可以通过CRISPR/Cas9等方法，精确地编辑目标基因，改良作物的抗病性、耐逆性等性状。
植物转基因是将外源基因导入目标作物的染色体中，使其表达出新的性状或功能。
通过转基因技术，可以向作物中导入耐胁迫基因、生长调节基因等，从而使作物具备更好的适应能力和产量。
染色体组工程育种具有较高的准确性和效率，可以通过精确编辑和导入特定基因，优化作物的性状，实现快速育种和遗传改良。
然而，由于涉及到遗传改变，染色体组工程育种也面临一些伦理和安全问题，需要在科学、法律和伦理等方面进行综合考量和控制。
染色体工程
1、染色体的分离技术
哺乳动物细胞培养 秋水仙碱处理细胞使其处于分裂中期 低渗处理，加皂苷，破裂细胞 TMS液处理，离心，收集染色体 染色体储存于含20％甘油的TM液中
2、染色体转移技术
染色体悬液与受体细胞混合 生长于非选择培养基中持续3代，加多聚L 鸟氨酸可提高染色体进入受体细胞的几率 约3天后移入选择培养基 筛选与鉴定
YAC的缺点 YAC的缺点： 的缺点
1、插入片段大，稳定性较差，发生序列重排， 造成序列错乱。
四、细菌人工染色体（BAC） 细菌人工染色体（BAC）
三、人工染色体
染色体作为基因转移的天然载体，可转移 连锁的基因群，故在此基础上发展了人工 染色体。 现正在研究的人工染色体有三种： 酵母人工染色体（YAC，1000kb） 细菌人工染色体（BAC，300kb） 哺乳类人工染色体（MAC）
载体基本序列元件： YAC 载体基本序列元件：
• 酵母染色体DNA自主复制顺序（ARS）： 负责DNA复制 • 酵母染色体的着丝粒顺序（CEN）： 保证酵母细胞分裂时染色体的分配 • 酵母染色体的端粒顺序（TEL）： 维持染色体结构的稳定性（两端各一个） • 选择标记：用于重组克隆的筛选 pYAC4是一个大肠杆菌穿梭质粒，含有Amp大肠杆 菌筛选标记
染色体工程
染 色 体 工 程 (chromosome engineering) 指 的是按设计有计划削减、添加和代换同种 或异种染色体的方法和技术，也称为染色 体操作。 染色体工程一词，虽然在20世纪70年代初 才 提 出 ， 但 早 在 30 年 代 ， 美 国 西 尔 斯 (E.R.Sears)及其学生就已开始研究。它不 仅在改良植物的遗传基础培育新品种上受 到重视，而且也是基因定位，和染色体转 移 等 基 础 研 究 的 有 效 手YAC构建 示意图
利用拟南芥遗传资源构建植物人工染色体
孙砚利用拟南芥遗传资源构建植物＾工染色体摘要真核生物中ＤＮＡ与多种特异的蛋白质结合组成遗传物质的载体——染色体。
在细胞分裂过程中，染色体首先进行ＤＮＡ复制，产生染色单体并排列于赤道板上，然后在纺锤丝的牵引下染色单体两两分离，移向细胞两极。
为了保证细胞分裂周期中染色体行为的正确和其结构的稳定，生物必须有一套复杂、有效、有条不紊的机制做保障。
在这一保守系统中，染色体上的着丝粒、端粒和复制起点是三个关键成分。
１９８３年，Ｍｕｒｒａｙ和Ｓｚｏｓｔａｋ在大肠杆菌质粒ｐＢＲ３２２中加入酵母的着丝粒，ＡＲＳ序列及四膜虫核糖体ＲＮＡ基因ｒＤＮＡ（Ｔｒ）术端序列，构建了长度为１０．７ｋｂ的短着丝粒的环状质粒。
用这一质粒转化酵母菌，质粒变为线状，成为第一个酵母人工染色体（ＹｅａｓｔＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＣｈｒｏｍｏｓｏｍｅＹＡＣ）。
ＹＡＣ的成功构建为我们理解着丝粒、端粒等功能组分在酵母染色体中的作用提供了依据，同时也对有丝分裂、染色体断裂机制的研究、细胞同步研究和染色体进化等方面的研究有着重大的意义。
不仅如此，ＹＡＣ的出现还为基因克隆提供了新型载体，为构建高等生物的基因组文库提供了技术支持。
ＹＡＣ虽然在文库构建、基因克隆和细胞分裂机制的研究等领域起了巨大的作用，但ＹＡＣ只能在低等单细胞生物酵母中稳定存在，难以用来转化高等生物。
人类人工染色体（ＨＡＣ）的组成成分都可以是来源于人类自身的基因组，因此可以同细胞中正常的染色体一样分裂复制，稳定遗传并且不会对受体产生毒害，所以通过应用ＨＡｃ有可能解决基因治疗中的难题。
１９９７年，美国的ＣａｓｅＷｅｓｔｅｒｎＲｅｓｅｒｖｅ宣布构建成功第一代ＨＡＣ。
在植物细胞中构建人工染色体将为植物染色体的结构和功能以及染色体的各必须组分的研究提供有效的工具和手段。
成功构建的植物人工染色体也可以作为一种新型的载体用来克隆和转化长达几百Ｋｂ到一个Ｍｂ的外源ＤＮＡ进入植物细胞。
因为拟南芥的全基因组测序已经完成，而且拟南芥含有所有绿色植物中最完整最连续的着丝粒区的己知序列，所以我们选用这种模式植物作为基础构建植物人工染色体。
植物染色体工程概述
合肥学院Hefei University细胞工程课程综述题目: 植物染色体工程概述系别:专业:学号:姓名:2013年6月25日植物染色体工程概述李双双1002012045 生工二班摘要：植物细胞工程[1]涉及胚拯救、小孢子培养、体细胞杂交、离体受精、体细胞无性系变异、染色体工程等多方面内容。
本文是对染色体工程这方面的概述，主要内容包括加倍技术、内容、实践运用和发展方向。
关键词：染色体工程加倍技术内容实践运用发展方向染色体工程，又称染色体操作(chromosome manipulation)，是人们按照一定的设计，有计划的削减、添加或代替同种或异种染色体，从而达到定向改变遗传特性和选育新品种的一种技术。
自从1879年，由德国生物学家弗莱明经过大量实验发现了染色体的存在。
由此后1883年美国学者提出了遗传基因，（所谓遗传基因，也称为遗传因子，是指携带有遗传信息的DNA或RNA序列，是控制性状的基本遗传单位。
）在染色体上的学说，科学家们对染色体的研究就从未断过，染色体工程也就不断在进展。
目前，植物学家们已经将染色体工程用于作物品种的改良，使其成为一门育种新技术，此外它也是研究基因定位和异源基因导入的有效手段。
其基本的操作程序包括如下几个步骤：杂交；依靠杂种(或亲本) 减数分裂时染色体联合的规律性变化产生具有不同染色体组成的配子；在杂种或杂种后代中通过细胞学鉴定，筛选所需要的材料。
一、染色体加倍技术[2]1 化学诱导方法1.1细胞松驰素B(cytochalasin)在细胞分裂中期使用，能抑制肌动蛋白聚合成微丝，从而抑制细胞质分裂，使用最早、最广泛，其诱导效果也最突出。
1.2秋水仙素(colchicine)在细胞分裂中期使用，阻止细胞分裂过程中的纺缍体的形成。
其特点为价格昂贵，有毒性。
2 物理学方法2.1温度休克法包括冷休克法和热休克法两种，即用略高于或略低于致死温度的冷或热休克来诱导三倍体或四倍体的方法。