染色体工程
5.染色体转移技术
染色体介导的基因转移(CMGT)可把一些紧密连 锁的基因从一个细胞转移至另一细胞。当把分离到的 中期染色体同完整细胞混合时，供体染色体的一部分 可被某些细胞摄取并加以表达。如果受体细胞缺乏该 染色体所携带的功能性基因，而后者又是该细胞在选 择性条件下生存所必需的，转移就可得到证实。因此， 在选择性条件下生存的基因转移克隆，其核内一定有 必需的供体基因参入，而且必须能表达其基因产物。 被转移的染色体物质称为转移基因组 （transgenome），而表达这些基因的细胞则称之 为转化株（transformant）。
• 选择标志基因Cmr 氯霉素抗性基因 • lacZ基因 颜色鉴别重组子，外源基因插入其中 • loxP和cosN位点 易于克隆环状BAC DNA的分离 2.环状BAC DNA经酶切（HindIII）线性化 3.去磷酸化反应 • 高分子量基因组DNA的制备 1.大分子量HindIII酶切片段的制备 2.脉冲电泳选择酶切片段 • BAC克隆及其鉴定 • 电激转化
三、人工染色体
• 现正在研究的人工染色体有： *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） P1派生人工染色体（PAC ） 人类游离人工染色体（HAEC）。
原理
天然染色体基本功能单位包括： 复制起始点，保证了染色体复制； 着丝粒保证了染色体分离； 端粒封闭了染色体末端，防止粘附到其他断 裂端，保证了染色体的稳定存在。 人们为了克隆大片段DNA，利用DNA体外 重组技术分离了天然染色体的基本功能元件并 将它们连接起来，从而构成了人工染色体。相 比于其他复制子而言，染色体要大得多。
一、染色体介导的基因转移
• McBride和Ozer第一次令人信服地证明纯化 的染色体片段是对真核细胞进行基因转移的 理想的和天然的载体。 • 受体细胞通常缺乏某一基因的正常功能 • 供体细胞的同源染色体则具有该基因的正常 功能 • 已使用的基因有：HPRT、嘧啶激酶基因、 乳糖激酶基因、抗甲氨蝶呤（MTX）基因、 抗鹅膏覃碱基因
第六章 染色体工程
某植物的一对染色体被他种植物的一对染色体所代换而成为异代换系。
四、单倍体育种
1 单倍体的特性
1）是研究基因或基因剂量效应，进行染色体遗传分析的理想实验材料。单倍体只有一套（基因）染色体，其上的每个基因都能表现相应的性状，尤其是隐性突变性状。
2）在育种上有极高的应用价值。单倍体加倍便可获得纯合二倍体，大大缩短了育种时间。
指采用组织培养的方法，使花药内花粉（小孢子）发育形成单倍体植株。
取F1代的花药置于特定培养基培养，由于细胞的全能性，（自身不育）诱导花粉长成单倍体植株，然后在秋水仙素的处理下，实现染色体加倍，加倍后的植株不仅正常可育，而且完全纯合。
目前统计，全世界已有52属，2000多种植物获得单倍体植株，其中大约有1/4首先是在中国得到的。
（二）多倍体产生的途径
1 原种或杂种所形成的未减数配子的受精结合。自然界中自发产生的多倍体多以此方式。
2 原种或杂种的合子的染色体加倍。多为人工诱导产生多倍体的方式。
（三）动、植物多倍体的特点比较
（四）多倍体育种方法
1 生物学方法
采用胚乳培养和体细胞杂交等方法进行。
3）在花药培养中还会出现三倍体、四倍体、多倍体等，为育种提供了大量的选择材料。
4）能克服远缘杂交的不孕性，创造出新物种。
2 人工诱导单倍体形成的方法——花药培养
人工诱导单倍体形成的方法很多，1964年前，人们尝试过的方法有远缘杂交、延迟授粉、激素处理、低温处理、照射花粉授粉等方法，都收效甚微。1964年，印度学者创造了花药培养法。目前是最为有效、应用最多的单倍体育种法。我国在这方面处于世界领先地位。
包括染色体的分离与微切割技术，可根据需要分离任意一条染色体或特定的染色体片段。
染色体工程的名词解释
染色体工程的名词解释染色体工程（Chromosome Engineering），是指利用现代生物技术手段，对生物体的染色体进行人工操控和改造的过程。
通过改变染色体的结构和组成，染色体工程可以实现对生物体基因组的精确编辑和调控，从而影响生物个体的遗传特征和表达方式。
【引言】染色体是细胞核中的重要成分，携带着生物体遗传信息的基因。
染色体工程的出现，为人们深入研究基因的功能和调控机制，以及开展基因治疗、种质改良等方面的研究提供了前所未有的机会。
本文旨在对染色体工程的概念、操作方法和应用领域进行解释与阐述。
【染色体工程的概念】染色体工程源于20世纪60年代末的细胞遗传学研究，当时科学家们最早开始探索将人工合成的DNA序列导入真核细胞中的可能性。
随着技术的不断发展，染色体工程已逐渐演变为一种具有广泛应用前景的生物工程技术。
其基本原理是通过模块化设计的DNA序列和遗传载体的辅助，将人工合成的DNA片段引入目标生物的染色体中，实现对基因组的精确编辑和调控。
【染色体工程的操作方法】染色体工程的操作方法主要包括：基因克隆、DNA合成、基因导入和基因修饰等关键步骤。
首先，科学家们通过PCR、限制性内切酶和DNA合成等技术手段，将目标基因的DNA序列复制并扩增出来。
然后，利用载体（如质粒、病毒等），将目标基因导入到目标生物的染色体上。
最后，利用基因编辑工具（如CRISPR-Cas9系统），对染色体中的目标基因进行精确编辑和修饰。
【染色体工程的应用领域】染色体工程在许多领域都有广泛应用。
其中之一是基因治疗。
通过染色体工程技术，科学家们可以将治疗性基因导入到病人的染色体中，从而校正或替代患者染色体上的缺陷基因，实现对疾病的治疗和预防。
此外，染色体工程也在农业领域有着重要的应用，可以通过编辑作物染色体上的目标基因，提高农作物的产量、品质和抗逆性。
另外，染色体工程还可以用于生物工厂的构建，通过引入特定的代谢途径和基因组部件，实现对微生物的功能强化，从而生产出具有高附加值的化合物。
第八章染色体工程ppt课件
2．单倍体育种的优越性
（1）可以克服杂种分离的困难,缩短杂交育种 时间,一般只需一年就可迅速获得自交系,两年 可获得纯系。
（2）大大提高选育效率。
（3）能克服远缘杂交的不孕性，创造出新物 种。
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（最有效）
微细胞介导的基因转移法
微细胞是指含有一条或几条染色体，外有一薄 层细胞质和一个完移法
染色体介导转移法是指分离得到相应的染色体后转入受体 细胞的一种技术。染色体介导技术一般包括首先诱发细胞 同步分裂，继而用秋水仙胺阻断细胞分裂于中期，再破碎 细胞，通过离心收集大量的中期染色体，然后通过适当的 分部或进一步的分类，即可转移到受体细胞中去。
蛋白质电泳
系列生化分析：如在关东系银鲫中，三倍体红血球的丙
酮酸激酶的含量含著高于二倍体。
形态学检查
直接法
染色体计数：是鉴定多倍性的一个准确的直接方法。
DNA含量测定：流式细胞仪
(三)多倍体育种的重要性
（1）多倍体育种的优势： 植物： ① 对不利环境的适应有明显优势 ② 花大、果大，营养改善 ③ 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、花、果
二、中期染色体的转移
中期染色体转移：分离到染色体后需要考虑如何将 染色体导入受体细胞。早期实验的基因转移频率很 低，仅-10 -7 - 10 -6，近年来技术上采用磷酸钙沉淀 染色体，再用二甲基亚砜处理受体细胞，或采用卵 磷脂与胆固醇制成脂质体包埋染色体，将染色体转 入受体细胞，可是频率上升至10 -5 - 10 - 4水平。
酵母人工染色体的构建
是基于大肠杆菌的 F 质粒构建 的，高通量低拷贝的质粒载体。 每个环状 DNA 分子中携带一个 抗生素抗性标记，一个来源于大 肠杆菌 F 因子（致育因子）的 严谨型控制的复制子 oriS （ Shizuya et al. 1992 ），一 个易于 DNA 复制的由 ATP 驱动 的解旋酶（ （RepE） 以及三 个确保低拷贝质粒精确分配至子 代细胞的基因座 （ parA , parB , 和 parC ） 。
染色体工程
特点
同种或异种精子进入卵内只起刺激卵子 发育的作用，不形成雄性原核和提供遗 传物质，其子代的遗传物质完全来自雌 核，只具有母本的性状
雌 核 发 育 过 程
人工诱导雌核发育的方法
（1）精子遗传物质的失活
采用显微操作的方法直接 去除受精卵中雄性原核 采用物理辐射如γ射线、X射线和紫外线 等处理精子使精子的遗传物质失活。 采用化学物质如甲苯胺蓝、乙烯尿 素和二甲基硫酸等 除精子染色体遗 传活性
染色体转移技术的应用前景
• 与体细胞杂交一样，利用染色体转移进行基因定位也是细 胞工程的一项重要技术。由于体细胞转化子中某一染色体 或其片段的存在，与细胞专一性状表达相联系，因此可以 定位基因与特殊染色体或某一区段上. • 如小鼠的微细胞可被导入到另一品系的小鼠或仓鼠甚至与 人的HL细胞内，电泳检测显示存在着小鼠基因型的大分 子物质，如磷脂D，嘌呤核苷磷酸化酶和肽酶B。已经把 前两种酶的结构基因定位于小鼠的第14号染色体上，由于 提示该号染色体已经进入宿主细胞内并行使其功能。 • 另如分离的野生型中国仓鼠细胞的中期染色体在转移到小 鼠L-细胞内后，可探查到特异的供体基因产物HPRT，经 检定该基因的染色体片段也被整合到了受体小鼠的第14号 染色体上。ຫໍສະໝຸດ 1细胞同步化与染色体的分离
• 通常的方法是使细胞经有丝分裂阻断剂秋 水仙素处理而同步，再洗涤数次以去除残 存的秋水仙素和胰酶；然后移置低温中性 缓冲液中培育，以利于细胞破碎和保持染 色体的形状；同时，在分离缓冲液中加入 的己烯乙二醇可维系染色体的完整性，提 高钙离子的浓度则能防止染色体的解离； • 最后使细胞经注射针喷射而破碎，即可使 染色体释放出来。
人工染色体
自主复制 DNA序列
端粒 着丝粒 DNA序列 DNA序列
染色体工程技术绝版复习资料
染⾊体⼯程技术绝版复习资料染⾊体⼯程技术第⼀章绪论概述：染⾊体⼯程是以现代⽣物学为基础的学科，是⽣命科学的龙头（带头）科学。
⽣物⼯程分类：①细胞⼯程：染⾊体⼯程；染⾊体组⼯程；基因⼯程；细胞质⼯程；体细胞杂交；克隆（详见第四章）②酶⼯程③发酵⼯程染⾊体⼯程研究内容：现存染⾊体的添加和削减以及新染⾊体的合成，染⾊体数⽬结构的改变，探讨⽣命机制、发展规律，以达到⼈⼯操制改造⽣物的⽬的。
染⾊体⼯程概念：理查德1966年，个体⽔平⼴义染⾊体⼯程：应⽤细胞遗传学技术通过有性杂交和回交体细胞杂交等⽅法有计划的转移染⾊体组、染⾊体、或染⾊体⽚段，将亲缘关系较近的染⾊体杂交，会产⽣杂交的不可交配型，通过采⽤外源的⽣长物质、桥梁亲本预先改变染⾊体的倍数，⽤混⼊母本失活的花粉促进远源花粉萌发的措施均能程度不同的提⾼远源杂交的结实率，对于那些只能发育到原胚阶段的远缘杂种采⽤活体—离体培养，或者事先诱导愈伤组织再分化成苗的培养⽅法获得远源杂交后代，即新物种或新种质。
染⾊体⼯程对研究⽣物多样性的的意义：“三性”：多样性、多态性、杂合性。
①栽培品种资源库（第⼀基因库）②野⽣种质资源库③近缘的属或亚属的植物④其它属的植物⑤近缘的科植物⑥其他科植物中国农⽤植物多样性概况我国农⽤植物有10000种分四⼤类、22个类群①⾷⽤植物——直接⾷⽤：粮⾷100种、⾷⽤油类100种、糖类50余种、蔬菜700种、果树300种、饮料50多种。
——间接⾷⽤500种——牧草2500种②⼯业⽤植物③药⽤植物④环保植物染⾊体⼯程与特殊遗传材料⽅⾯的研究利⽤染⾊体⼯程⼈⼯合成的同源多倍体、⾮整倍体、异源染⾊体代换系、移位系、附加系、不孕系、核质置换系，可概括为某种植物染⾊体（数⽬、结构）所含基因具有特殊的价值，并通过繁殖将遗传特殊性传递给后代。
发现创育、收集特殊材料：1961“中国春”⼩麦鲍⽂奎⼋倍体⼩⿊麦⼩偃麦、⼩冰麦、⼩簇麦及其附加系染⾊体⼯程⽤于分⼦⽣物技术⽅⾯的研究利⽤染⾊体⼯程对于作物遗传、育种具有重要的意义，通过远缘杂交、分⼦⽣物学⼿段创育新品种。
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
第三章_染色体工程与植物育种
以小偃6号1D单体（含14＋15）作为受体与含有5＋10优质亚 基的品种杂交，进行优质亚基聚合的染色体工程法。
2D单体小麦与遗4212杂交F1出现的单价体
箭头示双单体
4D缺体小麦PMC 减数分裂MI 2n=20Ⅱ
八倍体小堰麦 PMC减数分裂 MI 2n=28Ⅱ
杂种F1根尖染色 体 2n=48
簇毛麦6VS端体：a,T240-6-1(2n=41+t); b, T240-6-1(2n=41+2t)
单体、缺体在基因定位上的应用
在染色体工程上，常用单体植物系统和缺 体植物系统，它们是染色体工程和基因定 位的重要材料。 例如，已知某植物的某对性状是由A和a一 对基因控制的，而且已获得该植物的所有 单体或缺体，用单体法或缺体法确定A（a） 基因所在的染色体。 1、单体法 2、缺体法
1、单体法 （1）若测定的二体植株的基因是隐性纯合时， 则单体系列为显性。
①若待测基因在某单体染色体上时，则aa基因型双体（2n） 与A表现型的该染色体的单体（2n-1）杂交后，F1代表现型为： P a表现型二体（n-1）Ⅱ+Ⅱaa × A表现型单体（n-1）Ⅱ+ⅠA
G
（n-1）Ⅰ+Ⅰa
（n-1）Ⅰ
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。
哺乳动物染色体工程新技术与染色体人工演化
哺乳动物染色体工程新技术与染色体人工演化哺乳动物染色体工程新技术与染色体人工演化引言：染色体是生物体内的重要组成部分，它携带着生物的遗传信息，决定了生物的性状和特征。
随着科学技术的进步，人类开始探索染色体工程和染色体人工演化的可能性，通过改变染色体的结构和功能，来实现对生物的精确操控和改良。
本文将介绍最新的哺乳动物染色体工程新技术和染色体人工演化的研究进展。
一、哺乳动物染色体工程新技术1. CRISPR基因编辑技术CRISPR基因编辑技术是目前最常用的染色体工程新技术之一。
通过CRISPR-Cas9系统，研究人员可以精确地编辑染色体上的目标基因，实现基因的添加、删除、修饰和替换。
这项技术不仅可以用于研究基因功能和疾病机制，还可以用于生物体的基因改良和基因治疗。
2. 染色体工程载体染色体工程载体是一种用于将外源基因导入染色体的工具。
研究人员设计了各种载体，如质粒、病毒和人工染色体等，用于携带和传递外源基因到目标染色体上。
这些载体通常具有高效的转染效率和稳定的遗传稳定性，为染色体工程提供了有力的工具。
3. 合成染色体技术合成染色体技术是一种将合成DNA序列导入生物体内，替代自然染色体的技术。
通过合成染色体，研究人员可以设计和构建具有特定功能和性状的染色体，实现对生物体的精确操控和改良。
目前已经成功合成了多种哺乳动物染色体，为染色体人工演化提供了有力的工具。
二、染色体人工演化1. 染色体重排染色体重排是指染色体内部或染色体间的基因重排和结构变化。
通过人工干预，研究人员可以改变染色体的排列顺序和结构，实现对生物体的基因组重塑和新基因组的产生。
染色体重排在生物进化和物种形成中起着重要的作用。
2. 染色体交换染色体交换是指染色体间的基因交换和遗传信息的互换。
通过人工干预，研究人员可以促使不同染色体之间的基因交换，实现基因的混合和重组。
染色体交换在生物进化和物种多样性的形成中起着重要的作用。
3. 染色体复制染色体复制是指染色体的复制过程和染色体数目的增加。
染色体工程的特点原理应用
染色体工程的特点、原理与应用1. 特点染色体工程是一种将人工合成的染色体引入细胞中，使其取代自然染色体的技术。
它具有以下几个特点：1.1 可定向修改基因组通过染色体工程技术，可以对染色体进行有针对性地修改，实现对基因组的精确编辑。
这使得科学家可以针对特定的基因进行修饰、插入或删除，从而改变生物体的基因组组成。
1.2 高度集成化染色体工程将整个基因组作为一个单位进行编辑，相比传统基因工程技术，具有更高的集成度。
同时，这种高度集成化的特点使得染色体工程更容易操作，减少了实验的复杂性和难度。
1.3 可实现大规模基因改造染色体工程技术可以同时修改多个基因，实现大规模基因改造。
通过构建复杂的人工染色体，可以实现对多个基因的高效编辑，加速基因组工程的进程。
1.4 提高基因表达效率人工染色体经过精密设计和合成，能够提高基因的表达效率。
相比自然染色体，人工染色体可以更好地调控基因表达，增加蛋白质的产量，从而实现对生物体性状的改变。
2. 原理染色体工程的基本原理是通过合成DNA来构建人工染色体，然后将其转导到目标细胞中，替代自然染色体。
其主要步骤包括：2.1 合成人工染色体科学家们通过化学合成或酵母工程等方法，合成具有特定序列的DNA片段，这些片段按照染色体的正常排列顺序组装成人工染色体。
2.2 纯化人工染色体合成后的人工染色体需要经过纯化过程，去除杂质，得到纯净的染色体DNA。
2.3 转导人工染色体将纯净的人工染色体DNA转导到目标细胞中。
这一步可以通过多种途径实现，如化学转染、电转化、病毒载体等。
2.4 替代自然染色体一旦人工染色体成功转导到细胞中，它就会替代自然染色体，成为细胞中的主要染色体。
人工染色体中的基因将在细胞分裂和复制过程中得到传递和表达，从而实现对基因组的改造。
3. 应用染色体工程技术在许多领域都有重要的应用价值，包括：3.1 科学研究染色体工程为科学家提供了一种精确编辑基因组的工具，可以用于研究基因功能、基因调控和生物发育等方面。
染色体工程
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染色体工程
基于ARS、CEN、TEL是线性染色体稳定的功能序列,人们 利用这些序列构建载体, 重组后的DNA以线性状态存在, 这样 不仅稳定,而且大大提高了插入外源基因的能力, 并且可以像天 然染色体一样在寄主细胞中稳定复制和遗传，称为人工染色 体。如利用从酵母染色体上分离的ARS、CEN、TEL序列构 建载体，然后用这种载体构建的染色体即称为酵母人工染色 体。
n 蛋白质电泳： n 生化分析：如在关东系银鲫中，三倍体红血球的丙酮酸激酶的含量含
著高于二倍体。 n 染色体计数：是鉴定多倍性的一个准确的直接方法。 n DNA含量测定：流式细胞仪。
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染色体工程
n 染色体直接计数法准确、直接，但费时； n 红细胞体积测量法省时、简单，在生产现场就能进行
染色体工程
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2020/11/19
染色体工程
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染色体工程
染色体变异
n 染色体结构变异
① 染色体易位：一个染色体上某一区段与另一非同源染色体上的区段发 生互换。
② 染色体缺失：染色体的某一区段及其带有的基因一起丢失 ③ 染色体倒位：染色体上某一区段连同它带有的基因顺序发生180度倒
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染色体工程
第一节 人工诱导多倍体
n 多倍体（polyploid）这个名词是由Winkler（1916年）首 先使用的，它是指每个体细胞中含有三个或更多染色体组的 个体而言。染色体组成多倍性现象在高等植物中相当多，但 动物界的多倍体现象却少得多。自从60年代发现一种美洲角 蛙是一个确定的四倍体动物以来，学者们陆续在低等脊椎动 物中发现许多多倍体动物，包括鱼类、两栖类和爬行类。
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染色体工程
第三节
染色体工程
多倍体育种 单倍体育种 雌雄核发育 染色体显微操作技术 染色体微克隆 染色体转移技术
什么是染色体工程？
染色体工程（ chromosome engineering ）是人们按照一定的设计
，有计划地消减、添加或代换同种或异种染色体，从而达到定向改
变遗传特性和选育新品种的一种技术。
整倍体异常（ EUPLOID ）
细胞内整个染色体组数目的增加或减少，形成整倍性的改变。 ① 单倍体（ n ）：见于正常成熟配子（精子和卵子） ② 多倍体（ n≥3n ）：见于自然流产的胎儿中，是人类自然流产的重 要原因。
非整倍体异常
指体细胞中个别染色体数目增加或减少了一条或几条，为最常见的 染色体异常。 ① 亚二倍体 : 在 2n 基础上减少一条或数条染色体。（ 单体型 2n-1 ） ② 超二倍体 : 比二倍体（ 2n ）多一条或数条染色体。（ 三体型 2n+1 或多体型 2n+n ）
染色体显带：
染色体显带：经不同的方法处理染色体 ，经染色后使染色体在纵
轴上显示明、暗或着色深、浅相间的横纹即显带（ Banding ）。
这种带对每一条染色体来说都是独特的，可以区分和确认每一 条染色体。
染色体畸变（ chromosome aberration ） 在某些内部或外界因素 的影响下，染色体数目和结构可能发生改变，这种改变称为染色体 畸变。
（二）染色体结构畸变 (CONSTRUCT ABNORMALITY)
染色体结构畸变：指染色体部分片段的缺失、重复或重排。实质上 是指染色体上遗传物质的增减或位置改变。 染色体结构畸变的根本原因：染色体断裂（ breakage ）及断裂后的 重排。
染色体结构畸变的类型
染色体工程名词解释
染色体工程名词解释染色体工程是现代生物技术领域的一项重要研究内容，旨在利用基因编辑技术和染色体工程方法，对生物体的染色体进行重组、改造或插入新的功能基因。
这一领域的发展有望为人类社会带来许多重要的科学和医学应用。
以下将对染色体工程中常用的几个名词进行解释。
1. 基因编辑技术（Gene Editing）：基因编辑技术是通过人工改变生物体的遗传信息，实现基因组DNA序列的精确编辑。
CRISPR-Cas9是其中一种常用的基因编辑工具。
通过这种技术，科学家能够准确地编辑染色体上的特定基因，修补或删除有害基因，并且可以实现基因的特定插入、修改和旁座基因靶向突变。
2. 染色体重组（Chromosome Recombination）：染色体重组是指不同基因座上的遗传因子在染色体上的重组与重新分配。
通过染色体重组可以在不同的个体间发生，导致物种的遗传多样性。
在染色体工程中，染色体重组可以被用来在染色体上定位和插入特定的基因序列，实现对生物体的遗传信息的精确控制。
3. 染色体插入（Chromosome Insertion）：染色体插入是指将某种特定的DNA序列插入到目标染色体上的一种技术。
通过染色体插入，科学家能够将外源基因精确地插入到特定的染色体位点上，从而实现对生物体基因组的改造和功能增强。
4. 染色体灵活性调节（Chromosome Flexibility Modulation）：染色体灵活性调节是指通过改变染色体的三维结构和染色质的组织方式，来调控基因的表达和功能。
这种调节可以通过染色体上特定的变构分子参与的组蛋白修饰和染色质重塑来实现。
染色体灵活性调节在染色体工程中有着重要的意义，可以帮助科学家更好地控制特定基因的表达和功能。
5. 染色体复制（Chromosome Replication）：染色体复制是生物细胞分裂过程中染色体遗传物质的复制和传递。
在整个染色体工程的过程中，染色体复制是非常重要的一步。
只有确保染色体复制的准确性和完整性，才能准确地传递基因编辑的结果并保证生物体的正常发育和生长。
5.5 植物染色体工程
三、染色体工程操作技术
①
② ③ ④ ⑤ 利用非整倍体技术进行异源基因的转移 染色体微切割 基因定位 利用染色体工程进行作物种内染色体的定向更换 利用染色体工程鉴定外源育性基因
⑥
染色体工程在作物杂种优势利用中的应用
利用非整倍体技术进行异源基因的转移：
异源染色体附加:专指将种内或异种属的染色体有选择 的导入到受体种染色体组中的全过程 异源染色体代换:即某一物种的某一染色体被同种属或 近缘种属的另一个物种的某一部分同源染色体或异源 染色体所代换的过程 染色体易位:指同种内非同源染色体或异种属异源染色 体间相互或单方面交换染色体的现象
本章小结
植物染色体工程的定义以及基础材料
染色体数变异
植物细胞工程的操作技术
植物染色体工程
什么是染色体工程?
染色体工程（chromosome engineering）:是人们按照
一定的设计，利用染色体工程的基础材料,通过分离、导入、 重组等染色体操作以改变染色体组成，从而达到定向改变遗 传特性和选育新品种的一种技术。
一、染色体数变异
① 一是体细胞内以染色体组为基数进行的整倍 性变化，以整倍体染色体数目变化产生的变 异会产生多倍体和单倍体 ② 另一种是染色体组内的个别染色体数目有所 增减，使细胞内的染色体数目不是基数的的 完整倍数，因此被称为非整倍体
利用染色体工程进行作物种内染色体的定向更换 ：
物种内染色体的定向更换:指在同品种间,将某一供 体品种携带某一突出优良农艺性状的染色体,定向 地更换到某一综合农艺性状比较优良,但对应供体 品种突出优良性状染色体的同类染色体却带有不良 农艺性状基因的受体品种中,以期达到定向改良品 种的目的 常用的更换方法:一种是缺体代换法；另一种是单 体代换法
染色体工程
基本步骤
细胞分裂同步处理：秋 01 水仙素，抑制纺锤丝形 成，使细胞分裂停留在 中期。
02 染色体荧光素染色：细
胞温和破碎，染色。
染色体分离：把制备的染 03 色体转移到细胞分类器上 进行分离
微细玻璃针切割法
采用特细玻璃针（直径0.17微米），在倒 置显微镜下对目的基因所在染色体区段进 行切割与分离 费用低，但技术性要求高、不易掌握。
利用简并引物直接PCR法 利用单一引物PCR法
染色体转移技术
定义：将染色体(甚至是全套染色体)和 分离提取的细胞核或DNA大分子片段， 可采用细胞融合或细胞显微注射法将染 色体或染色体片段导入细胞内，使该基 因能得以表达，并能在细胞分裂中传递 下去的技术称为染色体转移或染色体转 导。
染色体转移技术
用遗传标志鉴别雄核发育的二倍体化，即 由第一次有丝分裂的阻碍，还是由保留极 体而来。
假如二倍体源自第一次有丝分裂的抑制，杂合 雌性个体的子代都是纯合型；而如果是通过阻 止第二极体的外排产生的雌核发育个体，则子 代的情况取决于着丝点与基因间的距离。在着 丝点-基因距离远离时，将明显增加杂合型子 代的比例。
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，茎秆也较粗壮。
多倍体草莓
多倍体动物如两栖类、鱼 类、贝类都具有良好的生 存力和生长率。
四倍体鲫鱼
多倍体技术方法
生物诱变法：动物通过杂交方 01 法尤其是种间杂交获得异源多 倍体。种间杂交导致第二极体 不排出。植物包括胚乳培养、 体细胞杂交等。 化学诱变法：利用化学物质诱 02 导多倍体。常用的化学物质有： 细胞松弛素B、秋水仙素，还有 麻醉剂、聚乙二醇。 物理诱变法：温度激变（温度 03 休克法）、机械损伤、电离辐 射、离心、水静压法和高盐高 碱法等。
特殊酵母底盘细胞的染色体工程
特殊酵母底盘细胞的染色体工程染色体工程是一种利用基因工程技术改造细胞染色体的方法，通过对染色体的结构和功能进行调控和改变，可以实现对生物体的基因表达进行精确控制和调整。
特殊酵母底盘细胞的染色体工程是指对酵母细胞进行染色体改造，以实现特定功能或产生特殊产物的技术。
酵母是一类广泛存在于自然界中的真核微生物，常用的酵母包括酿酒酵母和面包酵母等。
酵母细胞具有许多优势，如易于培养、短生命周期、可扩大培养规模等，因此被广泛应用于生物学研究和工业生产中。
通过对酵母细胞的染色体进行工程改造，可以进一步提高其应用的灵活性和效率。
在特殊酵母底盘细胞的染色体工程中，主要包括以下几个方面的研究内容。
首先是染色体重构。
染色体重构是指通过改变染色体的结构和排列方式，实现对基因组的重新组合和调整。
通过染色体重构，可以实现对染色体上基因的定向插入、删除或替换，从而实现对基因组的精确编辑和改造。
染色体重构技术的发展，为酵母底盘细胞的染色体工程提供了重要的基础和手段。
其次是染色体组装。
染色体组装是指将基因组中的DNA片段按照特定顺序组装成完整的染色体。
通过染色体组装技术，可以实现对染色体的人工合成和设计。
在酵母底盘细胞的染色体工程中，染色体组装技术可以用于构建特定功能的染色体，如合成含有特定基因组的染色体，或者构建带有人工合成DNA片段的染色体。
还可以利用染色体工程技术实现染色体的重复和扩增。
通过在酵母底盘细胞中引入多个染色体副本，可以增加特定基因的拷贝数目，从而提高目标产物的产量。
染色体的重复和扩增技术可以通过改变细胞的遗传背景和环境条件来实现，从而达到增加产物产量的目的。
染色体工程还可以用于酵母底盘细胞的基因组定位和定向修饰。
通过在染色体上引入特定的DNA序列标记或标签，可以实现对基因组的定位和跟踪。
特殊酵母底盘细胞的染色体工程在生物学研究和工业应用中具有重要的意义。
通过对酵母底盘细胞的染色体进行工程改造，可以实现对基因组的精确控制和调整，从而提高酵母细胞的应用效率和产物的产量。
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染色体数目变异
整倍变化： 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
整倍体异常产生的机制
1、三倍体 细胞中有三个染色体组，人类全身三倍
5.1
人工诱导多倍体
特点：操作简单，成本低廉，对胚胎发育影响小，有利于 养殖场大规模生产使用 适用： 冷水性鱼类——热休克法
温水性鱼类——冷休克
5.1
人工诱导多倍体
2.水静压法 原理：抑制纺缍体的微丝和微管的形成，阻止染色体移
动，从而抑制细胞分裂。 方法： 65kg/cm2 特点：诱导率高，处理时间短，对受精卵损伤小，成活率 高。但需要专门的设备——水压机，成本较高， 不适于大规模生产。
• 单基因决定性别分化
• 主基因突变决定性别分化
• 性基因的集中决定性别分化
5.4
动物的性别控制
Y染色体性别决定区基因
• 1990年，Sinclair等克隆到人Y染色体性别决定区基因— —SRY基因(Sex-determining region)
5.4
动物的性别控制
动物性别控制的途径与现状 分离X精子与Y精子 鉴定胚胎性别 控制发育条件 控制受精的条件 性反转法
)
5.1 5.2
人工诱导多倍体 染色体非整倍体变化
5.3
5.4
人工诱导雌雄核发育
动物的性别控制
染色体工程:
是按照人们的需要对生物的染色体进行操作,添加、 消减或替换染色体，从而达到定向选育新品种或创造
人工新物种的目的。
广义上，还包括染色体内部的部分遗传操作技术。
5.3 人工诱导雌雄核发育
雌核发育现状、问题、前景
• 人工雌核后裔存活率低，且原因复杂 • 近亲繁殖衰退 • 可能某些种群在自然界消亡或产生
5.3 人工诱导雌雄核发育
人工诱导雄核发育现状
• 生存率低 • 卵子冷冻保存困难
5.4
动物的性别控制
性别决定与性染色体： 性别决定的遗传类型 性别决定的理论 性染色体引起性别分化的途径 染色体性别决定区基因
5.1
人工诱导多倍体
5.1.1 人工诱导多倍体的意义
多倍体(polyploidy)
植物的性状如气孔、花、果实和种子比二倍体者为大，叶 肉较厚，茎秆也较粗壮,糖类和蛋白质含量高，但发育迟缓， 结实率低
多倍体动物如两栖类、鱼类、贝类都具有良好的生存力和
生长率
5.1
人工诱导多倍体
多倍体育种的重要应用 新型农业食品资源 无籽西瓜
5.4
动物的性别控制
性别决定的遗传类型
雄性异配子型：
XO型，（大部分直翅目昆虫以及臭虫、蜘蛛、多足类昆 虫和线虫等） XY型，（绝大部分哺乳类动物、双翅目、鞘目昆虫，以 及某些鱼类和两栖类）
雌性异配子型
ZO型，主要发生在某些昆虫中； ZW型，大部分鸟类、鳞翅目昆虫、部分鱼类和两栖类
雄性单倍性型
主要是膜翅目昆虫，包括蜜蜂、马蜂、叶蜂和蚂蚁
异源多倍体小黑麦
高品质树木培育 多倍体桑树 三倍体毛白杨 水产养殖 增强抗病能力、提高生长速度
5.1
人工诱导多倍体
动物三倍体育种 • 多倍体动物如两栖类、鱼类、贝类都具有良好的生存力和 生长率
三倍体不育，可将能量用于个体生长上，避免繁殖季节生
长停滞和死亡，同时缩短养殖周期；
另可克服因产卵而导致的死亡（如香鱼）和肉质变差．
5.2 染色体非整倍体变化
个别染色体的削减和添加 染色体代换
5.2 染色体非整倍体变化
（一）染色体片段的删除和重排 １．放射线诱导发生染色体缺失突变 功能基因组学研究热点：突变ES细胞 ２．Cre-loxP介导染色体重组 Cre重组酶－－噬菌体P1 38KD
识别34bp特异序列（loxP）
5.2 染色体非整倍体变化
单体型
• 非整倍体 三体型 多体型
1.
单体型
• 单体型(2n-1) 细胞中染色体数为45条，即某一号染色体少
了一条。由于单体型个体的细胞中缺少一条染色体而造成基
因严重失衡。所以，常染色体单体型个体一般难以存活。临 床上主要见于X染色体的单体型，核型为45，X。 • 这种个体大多数(约98％)死于胚胎期，少数存活者，虽具女 性表型，但有一系列异常症状。
淋巴细胞培养的染色体标本等
5. DNA含量测定：用流式细胞仪测定
5.1
人工诱导多倍体
流式细胞仪（Flow Cytometry）
5.1
人工诱导多倍体
多倍体育种存在问题与展望 • 需要找到更适合的诱导剂 • 嵌合体现象还不能完全克服 • 判断是否是多倍体的一些特性评价的准确性 • 遗传上具有高度杂合性的多倍体遗传信息对多倍体遗传效应 的贡献究竟有多大 • 多倍体诱导技术在育种上的应用还不完善，需要进一步研究
1 2 3 4
WT allele
Neo
Targeting construct
Homologous recombination
Neo
Targeted allele
+ marker
Partial deletion by Cre recombination (in vitro)
Floxed allele
Cre recombinase (in vivo) 1
胎上是否存在雄性特异性H-Y抗原 细胞毒性分析法 间接免疫荧光法 囊胚形成抑制法
5.4
动物的性别控制
4、分子生物学方法
完全为父本性状的二倍体。
5.3 人工诱导雌雄核发育
1911年，赫特威氏（Hertwig) 第一个成功消除精子染色体活性
5.3 人工诱导雌雄核发育
人工诱导雌核发育的方法
精子遗传物质的失活 辐射处理： γ 射线（通常用60Co)， X射线和紫外线 化学处理： 甲苯胺蓝、乙烯尿素和二甲基硫酸等
显微手术法： 直接除去受精卵中的雄原核。
多倍体鱼类生产 三倍体鱼类： 阻止第二极体的排出直接生产三倍体 四倍体个体与二倍体正常个体杂交 四倍体鱼类生产：
阻止受精卵的第一次卵裂
5.1
5.1.4
人工诱导多倍体
多倍体倍性鉴定方法
1. 核体积测量：用红血球、脑细胞、软骨细胞、网
膜细胞、上皮细胞、肝细胞等。 2. 蛋白质电泳：如血清蛋白电泳。 3. 生化分析：如肌肉与血液的化学组成。 4. 染色体计数：用胚胎细胞染色体，鱼类再生鳍或
胎的正常发育，所以，绝大多数常染色体三体型只见于自然
流产儿中。
3.多体型
• 多体型 细胞内染色体数为48或48条以上，即某号染色体
有4条或4条以上，主要有性染色体的多体型。如性染色体
的四体型、五体型，不论男性或女性，随着染色体数目的 增加，对性征和体征的影响程度亦随之递增。
4.非整倍体异常产生机制 非整倍体是不分离的结果，即在细胞分裂时染色体不能 正常分离 减数I不分离 减数分裂不分离 不分离 减数II不分离 有丝分裂不分离 （卵裂不分离）
染色体结构变异 易位：一个染色体上某一区段跟另一非同源染色体上
的区段发生互换。
缺失：染色体的某一区段及其带有的基因一起丢失。
倒位：染色体上某一区段连同它带有的基因顺序发生
180度倒转。 重复：一个染色体上增加了相同的某个区段。
5.1
人工诱导多倍体
5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4
人工诱导多倍体的意义 人工诱导多倍体的途径 人工诱导多倍体的方法 多倍体性鉴定方法
5.3 人工诱导雌雄核发育
细胞分裂的阻止 温度休克法：冷休克、热休克 流体静水压作用： 化学制剂处理：细胞松驰素B、聚乙二醇
5.3 人工诱导雌雄核发育
雌核发育的鉴别 鉴别雌核发育的个体，通常以颜色、形态和生化等方面的 指标为根据。
5.3 人工诱导雌雄核发育
雌核发育的意义
为产生单性种群提供了可能 能迅速产生同源型二倍体 可能为遗传学研究提供某些致死突变种的生物品质 农牧渔业生产，是人工控制性别的方法 有助于解决一系列遗传理论上的重要问题
2. 三体型
• 三体型(2n+1) 细胞中染色体数为47，即某号染色体有3条。
这是人类染色体数目畸变中发病率最高、种类最多的一类畸
变。在常染色体中除17号和19号未发现三体型报道外，其它 常染色体均有三体型，且少数常染色体三体型可活到成年。 这说明三体型多一条常染色体对机体的危害要比少一条染色 体的单体型为小。不过，增加的一条常染色体将严重影响胚
免疫亲合柱层析技术
• 流式细胞术
5.4
动物的性别控制
鉴定胚胎性别
1、细胞遗传学方法 核型分析
5.4
动物的性别控制
2、生物化学微量分析法 通过测定与X染色体相关的酶活性来鉴定雌性胚胎: 葡萄糖6磷酸脱氢酶(G6PP) 次黄嘌呤磷酸核糖转移酶（HPRT）
5.4
动物的性别控制
3、免疫学方法
利用H-Y抗血清或H-Y单克隆抗体检测胚
5.1
人工诱导多倍体
生物学方法
杂交尤其是种间杂交获得异源多倍体。
5.1
人工诱导多倍体
物理学方法
• 温度休克法
• 水静压法
• 高盐高碱法
• 机械创伤
• 电离辐射 • 离心
5.1
人工诱导多倍体
1.温度休克法
原理：引起细胞内酶构型的变化，不利于酶促反应
的进行，导致细胞分裂时形成纺缍丝所需的 ATP供应受阻。抑制第二极体的释放，诱导 三倍体或四倍体 方法：冷休克法（0-5℃）和热休克法（30℃左右）