第10章动物染色体工程.

第10章动物染色体工程染色体工程(chromosomeengineering)是按照人们的需要对生物的染色体进行操作,添加、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。骡子母马和公驴的后代为什么骡子不能繁殖后代？马的染色体数是64条，驴的染色体数是62条，马的卵子染色体数是32条，驴的精子染色体数是31条，通过精卵结合发育成的新个体——骡子的染色体数是63条。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。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，只有配子里的染色体完全来自于马的，或来自于驴的，这样的配子才有生育能力。狮虎兽（liger）雄狮和雌虎交配产生的后代。狮虎兽的体型比狮或虎都要大，又同时具备两者之间的外貌特征；狮子与老虎相恋、怀孕的概率极低，即使在人工饲养的环境下，虎、狮受孕的机会也仅为1％至2％。幼兽由于先天不足等原因，成活率仅为五十万分之一左右。据资料显示，目前世界上存活的狮虎兽只有20只左右。狮虎兽（liger）狮虎兽狮虎虎狮兽动物染色体工程染色体倍性改造结构改造人工染色体的利用10.1动物染色体倍性改造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异源染色体，以创造动植物新品种的一项染色体工程技术。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多倍体（polyploidy）:是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体多倍体产生机制：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10.1.1动物的多倍体育种1．染色体加倍技术(人工诱导)（1）化学诱导法秋水仙素：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。细胞松弛素B：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。（2）物理学方法1）温度休克法2）水静压法(3）生物学方法2．多倍体的倍性鉴定（1）直接法1）染色体计数：是鉴定多倍体的一个准确的直接方法，但比较费时。2）DNA含量测定：细胞DNA含量测定是倍性鉴定的另一个有效的直接方法。（2）间接法1）体积测量2）蛋白质电泳3）生化分析三倍体triploid人工诱导三倍体的方法直接途径，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。间接途径，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，获得三倍体。鱼类三倍体育种的意义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：避免了性腺发育阶段和产卵季节鱼肉质量下降并延长了上市时间避免了性腺发育阶段的生长停滞和死亡率增加缩短了养殖周期，减少了养殖成本并可养成大型个体利用三倍体鱼类不育性的优点，人们可以达到这样的目的：①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②控制养殖鱼类的过度繁殖和防止对天然资源的干扰湘云鲫由湖南师范大学生命科学学院刘筠院士培育TriploidGrassCarp三倍体草鱼3．动物多倍体育种的意义1）多数具有良好的生长率2）低等动物的种间杂交优势非常明显3）巨大性4）育性低(四倍体可育)10.1.2动物的单倍体育种1．人工单性生殖（1）雌核发育gynogenesis[dʒinə'dʒenisis]（2）雄核发育androgenesis['ændrə'dʒenisis]10.1.2动物的单倍体育种1．人工单性生殖雌核发育：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，胚胎的发育仅在母体遗传物质的控制下进行。定义：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。研究较多抑制第二极体外排抑制第一次卵裂精子遗传物质失活Haploidembryosaregeneratedby'mock-fertilizing'eggswithUV-irradiatedsperm(whichcannotcontributegenetically),andcansurviveafewdays.Haploidscanberescuedbysuppressingformationofthepolarbodywithpressuretreatmentshortlyafterfertilization.抑制第二极体外排朱洗细胞学家。浙江临海人。1931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。长期从事两栖类、鱼类、家蚕等动物卵子成熟、受精等研究。1961年使人工雌核发育的雌蟾蜍与雄蟾蜍交配，繁殖出没有外祖父的蟾蜍，证明了单性生殖的高等动物仍保有传代的能力。10.1.2动物的单倍体育种1．人工单性生殖雄核发育：用经过紫外线、X线或ｒ线处理的卵子与正常的精子受精，再在适当时间施以冷、热或高压等物理处理，使进入卵子内的精子染色体加倍，而发育成完全为父本性状的二倍体。定义：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。研究较少2．人工诱导雌核发育的方法（1）精子遗传物质的失活辐射处理（紫外线）、化学物质、直接去除受精卵中的雄心原核（2）细胞分裂的阻止温度休克、静水压力、化学抑制剂处理Heat-shocktreatmenttoactivated/fertilizedeggsofIndianmajorcarpstoinducediploidgynogenesis/polyploidyrespectively热休克3．雌核发育的鉴别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。目前，还采用细胞学和遗传标记的方法10.2动物染色体结构的改造染色体片段的删除和重排染色体的易位工程10.3人工染色体人工染色体酵母人工染色体细菌人工染色体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3个关键序列：1.自主复制DNA序列（ARS）是DNA复制的起点，确保染色体能够开始自我复制。2.着丝粒DNA序列（CEN）确保染色体在细胞分裂时能平均分配到子细胞中。3.端粒DNA序列（TEL）使DNA能结束复制，确保染色体的独立性和稳定性。人工染色体artificialchromosome定义：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。现正在研究的人工染色体有三种：酵母人工染色体（yeastartificialchromosome,YAC）细菌人工染色体（bacterialartificialchromosome,BAC）哺乳类人工染色体（mammalianartificialchromosome,MAC）YAC:YeastArtificialChromosomeThesizeofaDNApiecethatcanbereproducedinYACis10timesgreaterthanthatwhichcanbereproducedinbacteria.TechniquesforcloninggenomicDNAintoYACmakeitpossibletoanalyzeverylongDNAsequenceslikehumangenes.BACs:BacterialArtificialChromosomeInsupportofthefunctionalanalysisofgenes,theBACsareveryusefulformakingtransgenicanimalswithsegmentsofhumanDNAs.BACisavectorusedtocloneDNAfragments(100-to300-kbinsertsize;average,150kb)inEscherichiacolicells.10.3.4人工染色体的应用物理图谱和定位克隆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基因治疗第三篇植物细胞工程植物组织培养根、芽完整植株脱分化细胞分裂素生长素再分化离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织植物细胞工程的主要技术：植物组织培养植物的快速繁殖体外单倍体诱导与单倍体育种植物胚胎培养体细胞胚胎发生与人工种子植物原生质体融合技术植物染色体工程植物转基因技术思考题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？何谓人工染色体？有何应用价值？请简介鱼类三倍体育种的方法和意义。gynogenesisAndrogenesisartificialchromosome