染色体工程与 及植物育种.ppt

第三章 染色体工程与植物育种 ;;植物染色体工程的用途十分广泛，主要用在基因定位和异源基因的导入。 我国自80年代开始进行染色体工程育种研究，经过“六五”和“七五”协作攻关，在小麦染色体工程育种方面有较大进展，创制了小麦与黑麦(Secale cereals)、山羊草(Aegilops tauschii)、簇毛麦(Haynaldia villosa)、大麦(Hodeum vulgare)、类麦(Thinopyrum)等近缘种、属的双二倍体，转育了不同生态型的小麦单体系统和缺体系统，选育出了多种异附加系、异代换系和易位系。这是一批十分有用的染色体工程基础材料，是选育小麦良种的宝贵资源。 ;本章内容提要;第一节 染色体工程的一般概念和主要内容 ;狭义和广义染色体工程： 狭义：指人工分离染色体或染色体片段，导入受体原生质体，再经过原生质体培养再生细胞壁、愈伤组织，直至再生出完整植株的过程。 广义的还应包括应用细胞遗传学技术通过有性杂交和回交、细胞组织培养和体细胞杂交等方法，按预定目标有计划有步骤地转移染色体组、染色体或染色体片段。;注：导入的染色体必须是有活力的，导入原生质后，又涉及到如何与受体染色体“共处”或“重组”问题。染色体工程在培育抗病新品种上有重要意义，而且是基因定位和染色体转移等基础研究的有效手段。 ;染色体组：生物体内维持生命活动所必须的一套非同源染色体（用x表示），它是遗传的生命单位。 部分同源群：分别处于不同染色体组中，最早可能由同一条染色体演化而成的，具有不同程度同源关系的染色体互称为部分同源染色体并共同组成一个部分同源群。它们具有基本相似的核苷酸组成和排列次序，相互之间具有一定的补偿性。 ;二、亲缘关系远近与遗传操作策略 ;2、含有部分同源染色体组物种间的遗传操纵;3、无同源染色体组物种间的遗传操纵;三、染色体操纵的三个水平 ;2、染色体操纵：整条染色体的附加、消除、代换，导入的染色体要有完整的着丝粒和端粒，以保持其结构稳定性和进行正常的复制分裂。;3、染色体片段操纵：指染色体片段的转移→易位、添加或消除。需要经过染色体断裂和重接，新形成的染色体具有且只具有一个着丝粒，而且染色体两端形成完好端粒。 ;在育种中，不仅要求整组染色体、整条染色体或染色体片段的操纵成功，还要求经操纵后的个体在细胞遗传学上的稳定性，在遗传组成和形态特性上比原有亲本更加优良。;（补充）染色体变异;（补充）染色体变异;第二节 染色体组水平的操纵技术 ;一、远缘杂交障碍及克服途径;二、染色体组的消减：即单倍体产生和二倍体化 ;2、单倍体的产生 ①自然产生：双生苗（多胚现象）、半配合（精、卵各自分裂→嵌合体） ②诱发产生：远源杂交诱导、延迟授粉、单倍体的诱发基因（大麦中的hap基因）和核质互作、利用合子发育过程中染色体消减，以及花药、花粉核未授粉的子房、胚珠培养等。;3、二倍体化 可自然加倍，但频率很低，一般需要人工加倍。目前最常用的方法是用秋水仙素处理在细胞分裂时期的分生组织，使其新生器官的染色体加倍。 ;4、单倍体在育种上的应用 （1）提高选择效率，加速育种进程，因为单倍体的基因型核表现型是一致的，对于隐性基因控制的性状特别有效，常规杂交育种需要8～10年，而单倍体育种只须一个世代即可得到纯合二倍体。 （2）加速纯系的获得，尤其对于玉米等异花授粉作物杂种优势利用来说具有特别重要意义。 ;（3）利用花粉植株进行异源染色体或基因的转移，例如：小黑麦（AABBRR）×小麦（AABBDD）→F1（AABBRD）→R、D两组单体在减数分裂过程中将以0～7的各种可能出现于子细胞中。通过花粉培养可得到类型丰富的花粉植株，这些植株在遗传育种中具有重要的研究利用价值。;（4）利用单倍体进行突变体的选择，由于单倍体没有显隐性关系，所以无论是培养过程中引起的体细胞变异还是在人工诱导产生的突变体，特别是隐性突变体，均可以有效地表现出来。 ;5、单倍体育种的不足 （1）基因重组的机会只有一次，缺少常规杂交育种各个分离世代的基因交换与重组的机会，后代不能积累更多的优良基因。 （2）单倍体诱导技术还不是很完善，花培出愈率和绿苗率均较低，单倍体群体小，很多优良基因可能被淘汰。 ;三、染色体组的添加——异源多倍体、同源多倍体等 ; 由于多倍体动物具有生长速度快，成活率高及抗病能力强等特点，所以人工诱导多倍体、改善动物经济性状倍受重视 ;染色体组的添加可以自然发生，也可以人工诱导合成 1、异源多倍体：在正常二倍体染色体组的基础上添加一个至多个异种染色体组的个体。如：小麦、燕麦、棉花等 典型的例子是普通小麦和小黑麦;一粒小麦（AA）2n＝14 × ？（BB）;普通小麦AABBDD×黑麦RR ;硬粒小麦（AABB）×黑麦（RR） ;2、同源多倍体：在正常二倍体的染