第10章动物染色体工程

人工染色体
一、认识染色体
1. 染色体的组成
与DNA、基因之间的 关系 2. 染色体的形态结构 与分类
3. 染色体DNA的3种 功能元件 4. 染色体组
1、真核细胞染色体的组成
组蛋白：H1、H2A、H2B、 H3、H4； 非组蛋白：HMG、DNA结合 蛋白 DNA：不重复序列；中度重复 序列；高度重复序列 少量的RNA；
染色体的串珠状形式与螺线管结构
146bpDNA的核 小体核心由54bp 间隔DNA连成一 条串珠状结构； 核小体螺旋形缠绕 形成螺线管结构， 每一周螺旋含6个 核小体，因此， DNA长度缩短了6 倍。
从DNA到染色体的包装压缩
• DNA链
（1：7）
核小体
（1：6）
螺线管
（1：40）
（1：5）
2、染色体的主要结构 ◆着丝粒(centromere) ● 主 缢 痕 (Primary constriction) ◆次缢痕(secondary constriction) ◆动粒(kinetochore) ◆ 核 仁 组 织 区 (nucleolar organizing region, NOR) ◆随体(satellite) ◆端粒(telomere)
第10章 动物染色体工程
染色体工程(chromosome engineering)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。
Animal Chromosome Engineering
◆ 认识染色体与染色体组 ◆ 什么是染色体工程 ◆ 动物染色体工程的主要内容 染色体组工程 个别染色体工程
染色体计数：是鉴定多倍性倍性的一种最为准确、
直接方法，但缺点是费时；
DNA含量测定：流式细胞仪。是较为先进常用的方
法，其测定快速准确，并能测出嵌合体，但需要特
殊的仪器设备。
采用何种方法均有利有弊，进行鉴定主要依赖于所
测样本的发育时期、实验要求和所具备的仪器设备
条件。
流式细胞仪 Flow Cytometry
这种不同科、属、种之间的远源杂交，会导致第二极体不排出，
而产生多倍体。
动物通过杂交方法 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。
草鱼♀ × ♂三角鲂 (2n=48)
( 2n =48)
草鲂杂种 (3n=72)
3). 物理学方法
包括温度激变（温度休克法）、机械创伤、电离 辐射、离心、水静压法和高盐高碱法等。 ⑴ 温度休克法：冷休克法（0～5℃）和热休克法 （30℃）。
生物学上主要通过杂交尤其是种间杂交获得异源多倍体。
Rasch等（1965）年首次证明了三倍体脊椎动物可以通过杂交
产生，他们将雌核发育的二倍体帆鱂（Poecilia formosa）与 P.Vittate杂交，得到三倍体后裔。 例如用雌性草鱼（2n＝48）与雄性三角鲂（2n＝48）杂交可 以获得子一代染色体数目为72的草鲂杂种三倍体。 异育银鲫与兴国红鲤杂交获得的复合四倍体，通过细胞方法证 明其产生的原因是受精卵发生了两性融合。
染色体倍性是指细胞中包含的染色体组数或基数。
Human mitotic chromosomes and karyotype Chromosome painting=multicolor FISH
符号“n”和“X”的区别与联系
染色体组用符号“X”表示
生物体的体细胞染色体数用2n表示，无论是二倍体还是多 倍体，2n只表示体细胞的染色体数，并不表示其倍性如： 玉米体细胞染色体数2n=20， 普通小麦体细胞染色体数2n=42， 要正确表示倍性应写成： 玉米2n=2X=20， 普通小麦2n=6X=42。
倒位：片段断裂，倒转 180度，重新连接。 易位：片段断裂，移到 另一条染色体臂上。
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 有些化学物质也可以用来阻止第二极体的排出或 受精卵的有丝分裂而产生三倍体或四倍体。
a.细胞松驰素B：能抑制肌动蛋白聚合成微丝，从
而抑制细胞质分裂。
⑵ 水静压法：采用较高的水静压（65kg/cm2）
抑制第二极体的放出或第一次卵裂来产生多倍体。 优点：诱导率高（一般在90％～100％）、处 理时间短（3～5min），对受精卵损伤小、成活 率高。

缺点：需要专门的设备——水压机，成本较高，
其样品室容量有限，处理卵的量有限，所以不适
于大规模生产的。
Flow cytometry uses an electronic instrument that passes particles or cells one by one through a laser and past sensors that measure physical and chemical characteristics of those particles or cells.
1）体积测量
2）蛋白质电泳 3）生化分析
核体积测量：二倍体/三倍体核体积之比为1:1.5， 二倍体与四倍体的核体积之比为1:1.74。核体积测 量法省时、简单，在生产现场就能进行而广为人们 采用，但缺乏准确性，亦测不出嵌合体，往往需要 校正； 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。
DNA稳定遗传的三种功能位点
4、染色体组
◆ 染色体组
◆ 染色体组型 ◆ 染色体倍性
体细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但 是，携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息，这样 的一组染色体，叫做一个染色体组。
染色体组型是指一个体细胞中全部染色体的数目、大小和形态特征。
染色单体
压缩比例：7×6×40×5 = 8400
超螺旋
DNA Packaging
Gene Expression
3、染色体DNA结构稳定遗传的功能序列
◆ARS (autonomous replicating sequence) ◆CEN (centromeric sequence)
The centromere is a specialized region of the chromosome that plays a critical role in ensuring the correct distribution of duplicated chromosomes to daughter cells during mitosis
◆ Assembly of microtubules
● Assembly in vitro
影响微管稳定的因素
Βιβλιοθήκη Baidu
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
狮虎兽（liger）
狮
虎狮兽
狮虎兽
虎
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
10.1.1 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
单倍体与一倍体含义相同吗？
Animal Chromosome Engineering
◆ 认识染色体与染色体组
◆ 什么是染色体工程
◆ 动物染色体工程的主要内容
染色体组工程
个别染色体工程
人工染色体
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
根据着丝点的位置而定，可将中期染色体分为四种：中着丝粒染色 体、亚中着丝粒染色体、端着丝粒染色体、近端着丝粒染色体。
染色体的超微结构
核小体是染色体包 装的基本单位； 染色体包装的螺线 管模型：
核小体的结构
每一个核小体核 心包含有146bp DNA和8个组蛋 白分子（2H2A， 2H2B，2H3， 2H4）；DNA在 每个组蛋白核心 外缠绕约2圈
◆ TEL (telomeric sequence)
The sequences at the ends of eukaryotic chromosomes, called telomeres, play critical roles in chromosome replication and maintenance.

定义：用略高于或略低于致死温度的冷或热休克来 诱导三倍体或四倍体的方法。 关键：能否成功地阻止第二次成熟分裂或第二极体 的排出。要达到这一点，必须考虑温度处理的开始时 间（TA）、处理持续时间（D）和处理温度（T）这 三个因素。
目前对鱼类使用温度休克法诱导三倍体的 工作报道较多。一般来说，冷水性鱼类如鲑 科种类应用热休克法好，而温水性鱼类用冷 休克效果较好。 优点：廉价、易操作，是诱导动物细胞多 倍体化的常用手段，也有利于大规模生产使 用。

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。
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。
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。
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。

染色体结构变异 源染色体上的区段发生互换。
① 染色体易位：一个染色体上某一区段与另一非同 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度倒转。
④ 染色体重复：一个染色体上增加了相同的某个区
段。
缺失：缺失一个片段。 重复：某一片断重复出现。
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。
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
3、优点与缺点 a.优点
许多诱导的多倍体动物如两栖类、鱼类、贝类等都具有良好的 生存力和生长率。
种间杂种生长快，可以同时具有两个不同的种的优良特性。
多倍体育种技术方法简单、见效快，有潜在的理论和应用价值。
利用三倍体不育的特性，将生殖腺发育消耗的能量用于动物生 长，可以避免因繁殖季节及肉质下降而延误上市时间或影响商 品价值，缩短了养殖周期，减少了养殖成本，这在鲍鱼、昆虫 等方面已有应用。
b.秋水仙碱：可以抑制细胞分裂中纺缍丝的形成， 因而抑制有丝分裂。 其它药物：N2O 、CHCIF2和聚乙二醇等。 缺点：化学药品一般比较昂贵、且具有毒性，影响 处理后的胚胎发育，同时加上化学药物诱导产生的多 倍体往往是在育种上没有价值的镶嵌体，所以化学方 法在实际中的应用不及物理方法。
2) 生物学方法