植物良种繁育的遗传学基础

植物良种繁育林学院杨克强林木育种学课程主要内容章次内容学时第一章遗传基础2第二章种质资源4第三章引种2第四章选择育种2第五章第六章种源选择优树选择22第七章第八章林木种子园杂交育种28第九章第十章复习倍性与辐射育种植物繁殖462科技教育和人文教育的协调：“知识经济”时代的教育目标1．适应社会需要与导引社会变革：教育的职责2．高技术和高情感的统一：实现人的潜能革命3．“知识-能力-人格”的协调发展：深入推进素质教育——同济大学校长教授教育部副部长：吴启迪﹡人最不了解的是人自身——英国著名哲学家和科学家培根“独立之人格，自由之思想。”----清华大学国学研究院大师陈寅恪ش授你以渔，让你创造！——我的目标课程成绩平时成绩×30％＋期末成绩×70％CollegeofForestryYANGKeqiangPhDEmail:[e-mail]139548093851.Introduction-引言1.1.DNA——PerpetuityDNA是不朽的分子！JohannGregorMendel(1822～1884)ExperimentinplanthybridizationMendel'sfirstlaw:AllelesofthesamegeneseparatetodifferentgametesMendel‘ssecondlaw:Allelesoftwodifferentgenessegregateindependentlyofeachotheringametogenesis.孟德尔ThomasHuntMorgan(1866～1945）(莫尔根)Principleoflinkage:allelesofgenestobepassedtogetherfromonegenerationtothenext.AlfredHenrySturtevant（斯狄文特）(1891–1970)Genemapping《Genetichistrory》Morganwonthe1933NobelPrizeinPhysiologyorMedicine.WalterSutton（苏特）:细胞学与孟德尔遗传学cytologyandMendelism(1902).OswaldTheodoreAvery（艾弗里）(1877～1955）IdentifiedDNAasthegeneticmaterial(1945).PiecesofDNAcantransfergenesintobacteriacells,andtransformthemgenetically.FredGriffith:someunknown“principle”hadtransformedtheharmlessRstrainofDiplococcustothevirulentSstrain.OswaldTheodoreAvery(1877～1955）IdentifiedDNAasthegeneticmaterial(1945).PiecesofDNAcantransfergenesintobacteriacells,andtransformthemgenetically.FredGriffith:someunknown“principle”hadtransformedtheharmlessRstrainofDiplococcustothevirulentSstrain.It’strue?AlfredDayHershey（赫尔希）(1908～1997）Blenderexperiment:UsedT2phagesinwhichtheproteinwaslabeledwith35SandtheDNAwith32PforthefinalproofthatDNAisthemoleculeofheredity.AlfredDayHershey(1908～1997）Blenderexperiment:UsedT2phagesinwhichtheproteinwaslabeledwith35SandtheDNAwith32PforthefinalproofthatDNAisthemoleculeofheredity.♣TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1969WilliamThomasAstbury（阿斯特伯里）(1898～1961)FirstX-RaysofDNA(1938)MauriceWilkins（威尔金斯）(1916～）X-RaysofDNA(1950)RosalindFranklin（罗沙琳德·弗兰克林）(1920～1958）Theroseofscience!X-RaysofDNA(1952)LinusPauling（鲍林）(1901～1994)OregonAgriculturalCollegeHewasoneofthepeoplewhoutilizedthemethodsofX-raycrystallographytodeterminethestructuresoforganicmolecules.Iwantedtounderstandtheworld!repliedLinusPauling,atwo-timeNobellaureate(1954,1962),whenaskedwhyhebecameascientist.!JamesDeweyWatson（沃森）(1928～）DNAhascomealongway.FrancisHarryComptonCrick（克里克）(1916～2004-7-30）。1A2.StructureofdNTP3.BaseTautomerism碱基互变4。Chargaffrules-A=T,G≡Chelical10layerLinesBetweenCrossPatterns(10ResiduesPerturn)EvidencefortheDoubleHelixDNA双螺旋的证据1.FiberDiffractiondata:-Helicalgeometry-3.4Aºspacing(1Aº=10-10m)-34AºpitchNaissanceofDNAdouble-helix!TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1962“CentralDogmaofMolecularBiology”——FrancisHarryComptonCrick.CentralDogmaThenewerawascoming!把酒酹滔滔，心潮逐浪高！Tobe&todoHumanGenomeProjectTobe&todoHumanGenomeProject10101010101010010101010100110101010101010010101010100101001110000111000001110000011000101010101010010101010101010100101010101001010011100001110000011100000110001001010101001010101010101010010101010100101001110000111000001110000011000101010101010010101010101010100101010101001010011100001110000011101001111.2.核酸的组成与性质1.2.1组成核酸的组成成分是核苷酸，核苷酸由含氮碱基、戊糖、磷酸构成，核苷酸连接成核酸链的模式如图：组成核酸的碱基为嘌呤和嘧啶的衍生物。DNA组成：dAMP,dGMP,dCMP,dTMPRNA组成：AMP,GMP,CMP,UMP61253478NPurineHNNNH2NNNHNAdenineNNOHNH2NNHGuanine12356NNPyrimidine4NOOHNUracilHNNH2OHNCytosineHNOONCH3ThymineH修饰成分：指在核酸中含量较少，而且结构不同于上述8种成分的组分，绝大部分是主要成分的衍生物，有的修饰成分结构复杂，叫做高度修饰成分(highermodifiedcomponent)近一、二十年来在不同的核酸分子中先后发现很多修饰成分(modifiedcomponent)据不完全统计有近80种。NOHNH2NNCH2—NHOHOH7-去去去去HONNNNR'H3CCH3RWyosineR'=HWCOOCH3NHCOOCH3CH2CH2CHR'=WybutosineCOOCH3NHCOOCH3CH2CHCHOOHR'=T=AC≡GDNA/RNA?DNA二级结构的多形性此种双连异形(heteronomous)区段不能与组蛋白结合形成核小体，成为无核小体标志。DNA⑴B型：watson-crick模型(相对湿度92%)⑵A型：B型经脱水形成的结构（相对湿度75％）RNA双螺旋（如tRNA双螺旋区）为A双螺旋结构的多态性螺旋类型碱基倾角N对/圈大沟小沟螺距夹角糖苷键B右0°10宽（5.7）窄（1.17）3.4nm36°CGA右20°11深（11）宽浅（0.27）2.8nm33°反反Z左7°84.5nm-60°反反⑶A-B混合型rRNA,tRNAandmRNA1.2.2.DNA性质A.决定双螺旋结构的因素：a.氢键：键长2.8-3.0Å,键能4-6千卡/moleb.碱基堆集力：疏水作用力c.带负电荷的磷酸基的静电斥力e.碱基分子内能B.DNA变性(denaturation)：在一系列物理化学因素作用下DNA一级结构不变而二级结构中的氢键遭到破坏,DNA双螺旋结构部分解体,或全部解离成两条单链DNA分子的过程,两股链成为无规则线团,叫变性或熔解。复性(renaturation)：引起变性的外界条件消除后(如加热变性后再缓缓降温)已分开的双螺旋又可重新缔合成双螺旋，这叫复性。变性与降解：变性与降解不同，降解是指在温度，pH急剧变化或酶超声波，高速搅拌及电离辐射等条件下，不仅DNA二级结构遭到破坏，同时一级结构的共价键也被切断，DNA分子量也发生变化。图7-2某些DNA的Tm值d(G-C)PolyPolyd(A-T)E.coliDNA在不同浓度KCl中的熔解DNA的Tm值与G-C含量之关系a．温度熔解温度Tm:OD260的升高达到极大值一半时的温度。变性曲线与碱基均一性的关系：Tm=69.3+0.41(G+C)Tm值，Tm一般在70-85℃之间，大小与下列因素有关：⑴DNA⑵G-C含量，G-C含量高，Tm值越高成正比关系，所以测定Tm可推算G-C含量(G-C)%=(Tm-69.3)×2.44⑶低离子强度介质中，DNA熔解温度低，熔解温度范围宽，高离子强度介质反之，所以DNA制品应保存在高浓度Buffer中，常在1mol/LNaCLb.pH介质pH改变，可导致DNA是由于在酸性条件下，以氢键形式存在的-NH2解离，在碱性条件下以氢键形式存在的酮基转变成烯醇或羟基两者均导致氢键破坏。酸：－NH2+H＋→-NH3＋；碱：＞C=O+OH→＞-OH一般情况下介质pH在5.5~8.5范围以内变化时，DNA的Tm值不会有多大变化。c.离子强度高，Tm高。d.有机试剂对变性与复性的影响导致DNA变性的有机试剂：甲酰胺、脲、氨基甲酸酯、醇类。影响复性因素：DNA顺序复杂性、片段大小，DNA浓度。离子强度高，复性快。脲对变性的影响：影响氢键稳定性1.3核酸的提取原理核酸的析出；降解的防止；核酸沉淀；核酸纯化。1.3.1核酸提取中核酸酶的抑制DNA提取时，主要考虑获得分子要长。所以，要防止机械剪切。防止核酸酶对核酸的破坏。措施：尽可能减少机械剪切，如用宽口吸取器；不要剧烈搅动；使用低温（