外源基因转移的细胞学方法和分子方法wdwhwn

外源基因导入小麦的两种方法
• 要将野生亲缘和潜在于更远缘物种的异源 遗传物质转移到栽培小麦中可以用两种主 要方法：细胞遗传学操纵（染色体工程) 和 分子技术 （遗传工程)。
什么是染色体工程？
植物染色体工程的用途很广, 其中最重要的是基因定位和 异源基因的导入。用导入异源基因改良现有小麦品种是小 麦育种的重要方向之一。 通过染色体工程有效地转移外源基因, 并创造在育种中可 利用的种质材料, 大致经过以下步骤: 种间或属间杂交→F1 或产生双二倍体→异附加系→异代换系→易位系。其中异 附加系、异代换系和易位系统称为异染色体系, 易位系的 育种利用价值最高。
双 二 倍 体 回 交 法
（AABBDDRR）
（AABBDD ）
AABBDDR X 普通小麦AABBDD
回交，自交
21IIw+1II1R~7R 细胞学鉴定 BCnFn
圆锥小麦（AABB） X 簇毛麦（VV） 2n=4x=28=14IIw 2n=2x=14=7IIv F1(ABV) 2n=3x=31=14Iw+7Iv 不减数配子 染色体加倍 双二倍体 X 普通小麦
(2n=43=21IIw+ 1I1R, 2n=42=21IIw-1I1A+1I1R)
选择2n=42的个体自交
2n=42=21IIw-1II1A+1II1R
缺体回交法
缺体4D
2n=41=21IIw-1II4D
X
F1
小偃麦八倍体
2n=56=21IIw+7IIE
X
缺体4D
2n=41=21IIw-1II4D
• 远缘杂交中经常有自发易位产生, 但异种、属间的染色体 自然发生易位的频率很低。实践中, 易位系的建立就需人 工诱发易位, 一般是用电离射线照射或化学诱变剂处理。 辐射能使染色体随机断裂, 断片常以各种不同方式进行重 接, 产生各种染色体结构变异, 导致易位。 • 小麦易位系的创建方法便是对携有目标基因的单体异附加 系进行辐射处理, 以这种基因的表型性状为标记, 在后代中 选择带有这种基因而染色体数目仍为2n =42 的个体。因 为目的基因已转移到小麦染色体上, 这样的个体就是易位 系。
• 双二倍体是染色体工程中的重要基础材料, 在其和小麦的回交后代中可以得到小麦的 二体异附加系。二体异附加系是获得代换 系、端体附加系和易位系的基础, 易位系是 把带有目的基因的异源染色体片段整合到 小麦染色体上的材料。
整条染色体的细胞遗传学操纵
• 附加系 细胞中添加异种染色体的系统称异附加系。培育 此添加系统的方法多种多样, 常规法、桥梁亲本法、 单倍体法、双二倍回交法、双重单体或多重单体 附加法等均能创造异附加系。其中, 最常用的方法 是获得栽培物种与亲缘物种间的杂种F1后, 用受 体品种与F1 或由F1 加倍成的双倍体回交一至数 次, 从回交后代中选择添加单体再经自交产生添加 二体。
5）DNA分子原位杂交：GISH，FISH 6）形态标记
易位系
• 通过附加或代换异源染色体可以将有益基因引入栽培植物 中, 但引入的染色体除携带有益基因外, 亦带有不利基因。 如能使异源染色体上携带的有益基因通过易位整合到栽培 植物的染色体上, 就可以减少或消除不利基因的作用。这 就需要建立易位系。所谓的易位系是指异源染色体与栽培 植物染色体之间相互易位的植物。 • 在易位系中, 通过染色体易位达到了异源目的基因的转移, 这便是建立易位系的动机所在。
BC1F1细胞学、形态学筛选
(2n=48=20IIw+7IE+1I4D)
2n=41=21IIw-1I4D+1I4E
自交
2n=42=21IIw-1II4D+1II4E
•异附加系和异代换系的鉴定 1）染色体计数和染色体构型分析 2）染色体分带：C-带， N-带 3）生化标记: 同工酶，蛋白质
4）分子标记: RFLP, RAPD…
代换系
某种植物的一对染色体被他种植物的一对 染色体所代换而形成的新类型称异代换系。 培育异代换系的方法也有不同几种, 主要是 利用单体或缺体与异附加系（AABBDD） X 黑麦（RR）
2n=6x=42=21IIw
F1(ABDR) 2n=4x=28=21Iw+7IR
杂交回交法
普通小麦（AABBDD） X 2n=6x=42=21IIw 簇毛麦（VV） 2n=2x=14=7IIv
F1(ABDV)
2n=4x=28=21Iw+7Iv
X
普通小麦（AABBDD）
2n=6x=42=21IIw
回交，自交
BCnFn 细胞学鉴定 21IIw+1II1v~7v
普通小麦（AABBDD） X 黑麦（RR） 2n=4x=42=21IIw F1(ABDR) 2n=4x=28=21Iw+7IR 不减数配子 染色体加倍 双二倍体 X 普通小麦 2n=2x=14=7IIR
桥 梁 亲 本 法
（AABBVV）
（AABBDD ）
AABBDV X 普通小麦AABBDD
回交，自交
21IIw+1II1v~7v 细胞学鉴定 BCnFn
单倍体法
• 单倍体法有两种，一种是花药培养法，另一种是染色体消失 法。 • 他们通过培养普通小麦与六倍体小黑麦、八倍体小偃麦的杂 种Ｆ1花药，获得了各种单倍体异附加系，加倍后从中选出了 小麦双体异附加系。 • Barclay（1975）报道了小麦分别与球茎大麦和玉米杂交， 其后代中外源染色体自然消失的现象，并高频率地获得了小 麦单倍体。李平路等（1998）首次将小麦×玉米法应用于小 麦异附加系的选育中，用烟农15-八倍体小滨麦、烟农15-中 间偃麦草的杂种后代分别与玉米杂交，成功地获得了小麦-滨 麦和小麦-中间偃麦草的单倍体异附加株。
小麦抗病虫育种和抗环境胁迫育种的主要 方法
• 首先可以通过引种解决本地区的虫害、环境胁迫造成产量 下降的问题。 • 其次选择抗性好的品种做亲本，与农艺性状较好的亲本杂 交，选择农艺性状和抗性均较好的后代推广。（品种间杂 交，杂种优势利用） • 远缘杂交（染色体工程） • 诱变育种 • 生物技术育种：组织和细胞培养技术，细胞融合技术，外 源DNA导入等。
2n=2x=14=7IIR
X 普通小麦（AABBDD） 2n=6x=42=21IIw 回交，自交 BCnFn
细胞学鉴定
AABBDD-1A1A+1R1R …… AABBDD-7D7D+7R7R
单体与附加二体杂交
单体1A X 二体附加系(1R)
2n=41=21IIw-1II1A+1I1A
2n=44=21IIw+1II1R F1 (2n=42=21IIw-1I1A+1I1R)