1、動(dòng)物染色體工程hxy課件真核細(xì)胞染色體的組成組蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4；非組蛋白：HMG、DNA結(jié)合蛋白DNA：不重復(fù)序列；中度重復(fù)序列；高度重復(fù)序列少量的RNA；真核細(xì)胞染色體的組成組蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4動(dòng)物染色體工程hxy課件從DNA到染色體的包裝壓縮DNA鏈 核小體 螺線管 染色單體 超螺旋壓縮比例：76405 = 8400（1：7）（1：6）（1：40）（1：5）從DNA到染色體的包裝壓縮（1：7）（1：6）（1：40）（Gene ExpressionGene Expression染色體組 染色體組 染色體組型 染色體倍性體細(xì)胞中的一組非同源染色體，它們

2、在形態(tài)和功能上各不相同，但是，攜帶著控制一種生物生長(zhǎng)發(fā)育、遺傳和變異的全部信息，這樣的一組染色體，叫做一個(gè)染色體組。 染色體組型是指一個(gè)體細(xì)胞中全部染色體的數(shù)目、大小和形態(tài)特征。 染色體倍性是指細(xì)胞中包含的染色體組數(shù)或基數(shù)。 染色體組 染色體組體細(xì)胞中的一組非同源染色體，它們?cè)谛螒B(tài)和Human mitotic chromosomes and karyotypeHuman mitotic chromosomes and 染色體組用符號(hào)“X”表示 生物體的體細(xì)胞染色體數(shù)用2n表示，無(wú)論是二倍體還是多倍體，2n只表示體細(xì)胞的染色體數(shù)，并不表示其倍性，如：玉米體細(xì)胞染色體數(shù)2n=20，普通小麥體細(xì)胞染

3、色體數(shù)2n=42，要正確表示倍性應(yīng)寫成：玉米2n=2X=20，普通小麥2n=6X=42。符號(hào)“n”和“X”的區(qū)別與聯(lián)系染色體組用符號(hào)“X”表示 生物體的體細(xì)胞染色體數(shù)用2n表示，9生殖細(xì)胞的減數(shù)分裂9生殖細(xì)胞的減數(shù)分裂騾 子母馬和公驢的后代10騾 子母馬和公驢的后代101111為什么騾子不能繁殖后代？ 馬的染色體數(shù)是64條，驢的染色體數(shù)是62條，馬的卵子染色體數(shù)是32條，驢的精子染色體數(shù)是31條，通過(guò)精卵結(jié)合發(fā)育成的新個(gè)體騾子的染色體數(shù)是63條。 騾子的染色體聯(lián)繪紊亂，因此騾子的生殖細(xì)胞不能分化發(fā)育成完整的個(gè)體。 12為什么騾子不能繁殖后代？ 馬的染色體數(shù)是64條，驢的染色體數(shù)騾子生育的概率極

4、低騾子性成熟以后，再形成精子或卵子時(shí)，每條染色體都沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的同源染色體進(jìn)行配對(duì)，這樣每一條染色體分到哪個(gè)配子里是隨機(jī)的，在這些配子中，只有配子里的染色體完全來(lái)自于馬的，或來(lái)自于驢的，這樣的配子才有生育能力。 13騾子生育的概率極低騾子性成熟以后，再形成精子或卵子時(shí)，每條染獅虎獸（liger） 雄獅和雌虎交配產(chǎn)生的后代。獅虎獸的體型比獅或虎都要大，又同時(shí)具備兩者之間的外貌特征；獅子與老虎相戀、懷孕的概率極低，即使在人工飼養(yǎng)的環(huán)境下，虎、獅受孕的機(jī)會(huì)也僅為1至2。幼獸由于先天不足等原因，成活率僅為五十萬(wàn)分之一左右。據(jù)資料顯示，目前世界上存活的獅虎獸只有20只左右。 14獅虎獸（liger） 雄獅

5、和雌虎交配產(chǎn)生的后代。獅虎獸的體獅虎獸（liger） 15獅虎獸（liger） 15獅虎獸獅虎虎獅獸16獅虎獸獅虎虎獅獸16動(dòng)物染色體工程染色體倍性改造染色體結(jié)構(gòu)改造人工染色體的利用17動(dòng)物染色體工程染色體倍性改造1710.1 動(dòng)物染色體倍性改造定義：指有目的、有計(jì)劃地增加或減少一組或幾組同源或異源染色體，以創(chuàng)造動(dòng)植物新品種的一項(xiàng)染色體工程技術(shù)。主要包括：多倍體育種單倍體育種1810.1 動(dòng)物染色體倍性改造定義：指有目的、有計(jì)劃地增加或10.1.1 動(dòng)物的多倍體育種多倍體（polyploidy）:是指體細(xì)胞中含有三個(gè)或三個(gè)以上染色體組的個(gè)體多倍體產(chǎn)生機(jī)制：通過(guò)卵細(xì)胞第二極體的保留或受精卵早期有

6、絲分裂的抑制而實(shí)現(xiàn)1910.1.1 動(dòng)物的多倍體育種多倍體（polyploidy10.1.1 動(dòng)物的多倍體育種1染色體加倍技術(shù)(人工誘導(dǎo))（1）化學(xué)誘導(dǎo)法 秋水仙素 細(xì)胞松弛素B（2）物理學(xué)方法 1）溫度休克法 2）水靜壓法 (3）生物學(xué)方法2010.1.1 動(dòng)物的多倍體育種1染色體加倍技術(shù)(人工誘導(dǎo) 1.化學(xué)方法A. 細(xì)胞松馳素B(cytochalasin)：能抑制肌動(dòng)蛋白聚合成微絲，從而抑制細(xì)胞質(zhì)分裂，使用最早、最廣泛，其誘導(dǎo)效果也最突出。B. 秋水仙素(colchicine)：主要用于植物阻止細(xì)胞分裂過(guò)程中的紡綞體的形成，可使染色體正常復(fù)制而細(xì)胞不發(fā)生分裂，從而形成同源多倍體細(xì)胞。C.

7、其他：N2O 特點(diǎn)：化學(xué)藥物價(jià)格昂貴，有毒性 1.化學(xué)方法A. 細(xì)胞松馳素B(cytochalasin2.物理學(xué)方法A、 溫度休克法原理：引起細(xì)胞內(nèi)酶構(gòu)型的變化，不利于酶促反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致細(xì)胞分裂時(shí)形成紡綞絲所需的ATP供應(yīng)受阻。抑制第二極體的釋放，誘導(dǎo)三倍體或四倍體方法：冷休克法（0-5）和熱休克法（30左右）特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，成本低廉，對(duì)胚胎發(fā)育影響小，有利于養(yǎng)殖場(chǎng)大規(guī)模生產(chǎn)使用適用：冷水魚類應(yīng)用熱休克法，溫水性魚類用冷休克效果較好關(guān)鍵：成功阻止第二次成熟分裂和第二極體的排出2.物理學(xué)方法A、 溫度休克法 2.物理學(xué)方法B、水靜壓法原理：抑制第二極體的排出或第一次卵裂方法：65kg/cm2特

8、點(diǎn)：誘導(dǎo)率高（90以上），處理時(shí)間短，對(duì)受精卵損傷小，成活率高。 需要專門的設(shè)備水壓機(jī)，成本較高，不適于大規(guī)模生產(chǎn)。 2.物理學(xué)方法B、水靜壓法3. 生物學(xué)方法動(dòng)物通過(guò)雜交方法尤其是種間雜交獲得異源多倍體。種間雜交導(dǎo)致第二極體不排出。草魚 三角魴 (2n=48) ( 2n =48) 草魴雜種(3n=72) 3. 生物學(xué)方法動(dòng)物通過(guò)雜交方法尤其是種間雜交獲得異源多人工誘導(dǎo)三倍體的方法直接途徑，即用物理或化學(xué)的方法對(duì)受精卵進(jìn)行處理，阻礙第二極體外排。（即前述的物理法、化學(xué)法）間接途徑，即首先誘導(dǎo)獲得四倍體，待四倍體個(gè)體性成熟后再與二倍體個(gè)體交配，從而獲得三倍體子代。25人工誘導(dǎo)三倍體的方法直接途徑

9、，即用物理或化學(xué)的方法對(duì)受精卵進(jìn)三倍體 植物26三倍體 植物262727三倍體 動(dòng)物三倍體 動(dòng)物2多倍體的倍性鑒定（1）直接法 1）染色體計(jì)數(shù)：是鑒定多倍體的一個(gè)準(zhǔn)確的直接方法，但比較費(fèi)時(shí)。 2）DNA含量測(cè)定：細(xì)胞DNA含量測(cè)定是倍性鑒定的另一個(gè)有效的直接方法。（2）間接法 1）核體積測(cè)量 2）蛋白質(zhì)電泳 3）生化分析292多倍體的倍性鑒定2930303動(dòng)物多倍體育種的意義1）多數(shù)具有良好的生長(zhǎng)率2）低等動(dòng)物的種間雜交優(yōu)勢(shì)非常明顯3）巨大性4）育性低(四倍體可育)313動(dòng)物多倍體育種的意義31魚類三倍體育種的意義 三倍體是非偶數(shù)染色體組，阻礙了生殖細(xì)胞正常的減數(shù)分裂，結(jié)果導(dǎo)致性腺不能發(fā)育。不

10、育的三倍體經(jīng)濟(jì)魚類因?yàn)闆](méi)有性成熟階段性腺發(fā)育的能量損耗，所以有以下優(yōu)點(diǎn)：避免了性腺發(fā)育階段和產(chǎn)卵季節(jié)魚肉質(zhì)量下降并延長(zhǎng)了上市時(shí)間避免了性腺發(fā)育階段的生長(zhǎng)停滯和死亡率增加縮短了養(yǎng)殖周期，減少了養(yǎng)殖成本并可養(yǎng)成大型個(gè)體32魚類三倍體育種的意義 三倍體是非偶數(shù)染色體組，阻礙了生殖細(xì)胞利用三倍體魚類不育性的優(yōu)點(diǎn)，人們可以達(dá)到這樣的目的： 獲得生長(zhǎng)速度較快的三倍體品種，提高魚類養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益 控制養(yǎng)殖魚類的過(guò)度繁殖和防止對(duì)天然資源的干擾33利用三倍體魚類不育性的優(yōu)點(diǎn)，人們可以達(dá)到這樣的目的： 獲得湘云鯽由湖南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉筠院士培育 34湘云鯽由湖南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉筠院士培育 343535

11、Triploid Grass Carp三倍體草魚36Triploid Grass Carp三倍體草魚3610.1.2 動(dòng)物的單倍體育種1人工單性生殖（1）雌核發(fā)育gynogenesis dindenisis （2）雄核發(fā)育androgenesis ndrdenisis 3710.1.2 動(dòng)物的單倍體育種1人工單性生殖3710.1.2 動(dòng)物的單倍體育種1.雌核發(fā)育：指精子雖然能正常地鉆入卵子中并激活卵子，但精子的細(xì)胞核并未參與卵球的發(fā)育，胚胎的發(fā)育僅在母體遺傳物質(zhì)的控制下進(jìn)行。方法：經(jīng)遺傳失活的動(dòng)物精子刺激而使卵子發(fā)育為正常的二倍體動(dòng)物。 3810.1.2 動(dòng)物的單倍體育種1.雌核發(fā)育：指精子雖

12、然能正抑制第二極體外排抑制第一次卵裂精子遺傳物質(zhì)失活39抑制第二極體外排抑制第一次卵裂精子遺傳物質(zhì)失活39Haploid embryos are generated by mock-fertilizing eggs with UV-irradiated sperm (which cannot contribute genetically), and can survive a few days. Haploids can be rescued by suppressing formation of the polar body with pressure treatment shortly a

13、fter fertilization. 40Haploid embryos are generated 朱洗 細(xì)胞學(xué)家。浙江臨海人。1931年獲法國(guó)國(guó)家博士學(xué)位。中國(guó)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)生物研究所所長(zhǎng)。長(zhǎng)期從事兩棲類、魚類、家蠶等動(dòng)物卵子成熟、受精等研究 。1961年使人工雌核發(fā)育的雌蟾蜍與雄蟾蜍交配，繁殖出沒(méi)有外祖父的蟾蜍，證明了單性生殖的高等動(dòng)物仍保有傳代的能力。41朱洗 細(xì)胞學(xué)家。浙江臨海人。1931年獲法國(guó)國(guó)家博士學(xué)位 雌核發(fā)育的意義雌核發(fā)育具有產(chǎn)生單性種群的能力迅速地產(chǎn)生同源型二倍體克隆可通過(guò)克隆自交，即以激素致使性逆轉(zhuǎn)為雄性，再與同胞姐妹交配，獲得強(qiáng)壯的純系同型配子二倍體，然后借助于雌核發(fā)育

14、，產(chǎn)生新的純系來(lái)篩選除去有害的等位基因，以改良近親繁殖系 雌核發(fā)育的意義雌核發(fā)育具有產(chǎn)生單性種群的能力10.1.2 動(dòng)物的單倍體育種2.雄核發(fā)育：用經(jīng)過(guò)紫外線、X線或線處理的卵子與正常的精子受精，再在適當(dāng)時(shí)間施以冷、熱或高壓等物理處理，使進(jìn)入卵子內(nèi)的精子染色體加倍，而發(fā)育成完全為父本性狀的二倍體。定義：遺傳失活的卵子與精子結(jié)合，發(fā)育成只有父本染色體個(gè)體的一種特殊生殖方式。 4310.1.2 動(dòng)物的單倍體育種2.雄核發(fā)育：用經(jīng)過(guò)紫外線、人工誘導(dǎo)雌核發(fā)育的方法（1）精子遺傳物質(zhì)的失活 輻射處理（紫外線）、 化學(xué)物質(zhì)、 直接去除受精卵中的雄性原核（2）細(xì)胞分裂的阻止（雌核染色體二倍化） 溫度休克、靜

15、水壓力、化學(xué)抑制劑處理44人工誘導(dǎo)雌核發(fā)育的方法（1）精子遺傳物質(zhì)的失活44Heat-shock treatment to activated/fertilized eggs of Indian major carps to induce diploid gynogenesis/polyploidy respectively 熱休克45Heat-shock treatment to activa人工誘導(dǎo)雌核發(fā)育的方法（3）雌核發(fā)育的鑒別鑒別雌核發(fā)育的個(gè)體，通常以顏色、形狀和生化等方面的指標(biāo)為根據(jù)。目前，還采用細(xì)胞學(xué)和遺傳標(biāo)記的方法46人工誘導(dǎo)雌核發(fā)育的方法（3）雌核發(fā)育的鑒別4610.2 動(dòng)物

16、染色體結(jié)構(gòu)的改造染色體片段的刪除和重排染色體的易位工程4710.2 動(dòng)物染色體結(jié)構(gòu)的改造染色體片段的刪除和重排47染色體結(jié)構(gòu)變異易位：一個(gè)染色體上某一區(qū)段跟另一非同源染色體上的區(qū)段發(fā)生互換缺失：染色體的某一區(qū)段及帶有的基因一起丟失倒位：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)重復(fù)：一個(gè)染色體上增加了相同的某個(gè)區(qū)段。染色體結(jié)構(gòu)變異易位：一個(gè)染色體上某一區(qū)段跟另一非同源染色體上10.3 人工染色體 人工染色體酵母人工染色體細(xì)菌人工染色體哺乳類人工染色體人工染色體的應(yīng)用4910.3 人工染色體 人工染色體49人工染色體 染色體要確保在細(xì)胞分裂中保持穩(wěn)定性，必須要能夠自我復(fù)制和向子細(xì)胞中平

17、均分配，需要3個(gè)關(guān)鍵序列： 1.自主復(fù)制DNA序列（ARS） 是DNA復(fù)制的起點(diǎn)，確保染色體能夠開始自我復(fù)制。 2.著絲粒DNA序列（CEN） 確保染色體在細(xì)胞分裂時(shí)能平均分配到子細(xì)胞中。 3.端粒DNA序列（TEL） 使DNA能結(jié)束復(fù)制，確保染色體的獨(dú)立性和穩(wěn)定性。50人工染色體 染色體要確保在細(xì)胞分裂中保持穩(wěn)定性，必須要能夠人工染色體 定義：人工構(gòu)建的含有復(fù)制起始點(diǎn)、著絲粒和端粒三個(gè)關(guān)鍵序列的載體系統(tǒng)。51人工染色體 定義：人工構(gòu)建的含有復(fù)制起始點(diǎn)、著絲粒和端粒三 現(xiàn)正在研究的人工染色體有三種： 酵母人工染色體（克隆容量105-1010bp）（yeast artificial chromo

18、some, YAC）細(xì)菌人工染色體（常用于克隆約300bp片段）（bacterial artificial chromosome, BAC）哺乳類人工染色體（mammalian artificial chromosome, MAC）5252 YAC 載體基本序列元件： 酵母染色體DNA自主復(fù)制順序（ARS）： 負(fù)責(zé)DNA復(fù)制酵母染色體的著絲粒順序（CEN）： 保證酵母細(xì)胞分裂時(shí)染色體的分配酵母染色體的端粒順序（TEL）： 維持染色體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（兩端各一個(gè)） 選擇標(biāo)記：用于重組克隆的篩選 pYAC4是一個(gè)大腸桿菌穿梭質(zhì)粒，含有Amp大腸桿菌篩選標(biāo)記 YAC 載體基本序列元件： YAC重組載體構(gòu)

19、建示意圖YAC重組載體構(gòu)建示意圖完整的染色體DNA的提取基因組DNA酶切大片段的獲取YAC載體臂的制備YAC臂與目的DNA大片段的連接YAC重組體對(duì)酵母的轉(zhuǎn)化YAC基因庫(kù)的鑒定目的基因YAC克隆的篩選目的基因YAC克隆的鑒定YAC克隆技術(shù)流程完整的染色體DNA的提取YAC克隆技術(shù)流程YAC的主要用途是：(1)YAC可容納大片段的外源DNA ，而且在構(gòu)建基因組文庫(kù)時(shí)需要較少的克隆。(2)用YAC克隆構(gòu)建的物理圖譜在復(fù)雜的生物基因組分析和DNA測(cè)序中發(fā)揮著重要作用。目前，用YAC提供大片段DNA構(gòu)建染色體圖譜的技術(shù)已在人類、植物、昆蟲、鳥類、兩棲類等動(dòng)物中得到廣泛應(yīng)用，相比于早期的DNA片段載體，

20、YAC是容納大片段外源DNA的首選載體。(3)在基因功能研究中，基因嵌入及轉(zhuǎn)基因技術(shù)都采用了YAC克隆系統(tǒng)。通過(guò)YAC嵌入的基因不僅片段長(zhǎng)，而且嵌入的基因更適于體內(nèi)表達(dá)，并有利于基因保持其固有的空間構(gòu)象和功能的發(fā)揮。 YAC的主要用途是：YAC的缺點(diǎn)：1、插入片段大，穩(wěn)定性較差，不易操作2、插入的大片段常發(fā)生缺失，使文庫(kù)不完整3、YAC與酵母天然染色體分子結(jié)構(gòu)相似分離時(shí)難與天然染色體分開4、文庫(kù)中的嵌合現(xiàn)象嚴(yán)重5、因插入片段大，往往發(fā)生序列重排，造成序列錯(cuò)亂。YAC的缺點(diǎn)：1、插入片段大，穩(wěn)定性較差，不易操作細(xì)菌人工染色體（BAC） 新一代BAC載體為7.4kb的環(huán)狀質(zhì)粒，主要結(jié)構(gòu)有：F因子的

21、parA，parB，parC基因 保證低拷貝的BAC質(zhì)粒在大腸桿菌分裂時(shí)均勻分配到子代細(xì)胞。起始o(jì)riS基因 嚴(yán)密控制，決定低拷貝數(shù)和復(fù)制起始解旋酶基因repC 易于DNA復(fù)制和決定復(fù)制方向選擇標(biāo)志基因Cmr 氯霉素抗性基因lacZ基因 顏色鑒別重組子，外源基因插入其中l(wèi)oxP和cosN位點(diǎn) 易于克隆DNA回收和操作細(xì)菌人工染色體（BAC） 新一代BAC載體為7.4kb的BAC的特點(diǎn)：宿主中只有1-2個(gè)拷貝插入片段不易變化，穩(wěn)定遺傳避免嵌合現(xiàn)象轉(zhuǎn)化效率高主要用于300bp一下DNA克隆59BAC的特點(diǎn)：59哺乳類人工染色體（MAC）以哺乳動(dòng)物細(xì)胞為宿主的人工染色體。60哺乳類人工染色體（MAC）以哺乳動(dòng)物細(xì)胞為宿主的人工染色體。YAC和MAC應(yīng)用于基因治療領(lǐng)域是一