第十二组--染色体工程及其研究进展
染色体工程
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。
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。
《染色体工程》课件
基因治疗在遗传性疾病、肿瘤、感染性疾病等领域具有广泛的应用前景 ，是生物医学领域的重要发展方向之一。
疾病模型的建立
通过染色体工程技术，可以构建各种人类疾病的动物 模型和细胞模型，模拟人类疾病的发生和发展过程， 为疾病的机制研究、药物筛选和治疗方法提供重要的 实验基础。
疾病模型的建立是研究疾病发生、发展和治疗的重要 手段之一。
染色体复制技术
染色体复制技术是指通过生物技 术手段，使染色体的DNA进行 复制，从而获得更多相同染色体
的一种技术。
染色体复制技术是染色体工程中 的一项基本技术，它对于遗传学 研究和基因治疗等领域具有重要
意义。
目前，常用的染色体复制技术包 括PCR技术和重组DNA技术等
。
染色体转座技术
染色体转座技术是指将一个染色体的DNA片段转移到另一个染色体上，从而实现染 色体的重新排列和组合的一种技术。
染色体工程的应用领域
01
02
03
农业
通过染色体工程改良作物 的遗传性状，提高产量和 抗逆性，为农业生产提供 更好的保障。
医学
染色体工程可用于基因治 疗、疾病诊断和预防等领 域，为人类健康提供更好 的保障。
生物多样性
染色体工程可用于保护和 恢复濒危物种，维护生物 多样性，促进生态平衡。
02
染色体工程的基本技术
在疫苗研发方面，染色体工程技术可以用于疫苗的设计和制备， 通过对病毒或细菌的基因进行操作，制备出具有免疫原性的疫苗 ，提高疫苗的免疫效果和安全性。
04
染色体工程面临的挑战与前景
技术瓶颈与突破
技术瓶颈
当前染色体工程技术仍面临许多技术瓶颈，如精确编辑、染色体异常检测、染 色体数目异常纠正等。
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
染色体结构与功能研究进展及其意义分析
染色体结构与功能研究进展及其意义分析染色体是细胞内最基本的遗传物质，其结构和功能的研究一直是生命科学研究的热点之一。
随着科技的不断发展和深入，人们对染色体的研究也取得了不少进展。
本文将重点介绍染色体的结构和功能研究进展，并分析其意义。
一、染色体结构研究进展染色体是由DNA和蛋白质组成的复合体，其结构一直以来都备受关注。
过去认为染色体是一条线状的结构，但后来的研究发现，染色体是一种高度组织化的结构，具有明显的层次结构。
首先是核小体，它是染色体结构的基本单位，由DNA和组蛋白组成。
核小体通过横向缠绕和纵向堆积而形成压缩螺旋。
多个核小体进一步结合形成一条染色体的轴心。
染色体的轴心由以组织蛋白和非组蛋白的融合物组成。
染色体的凝聚状态是在染色体高度缠绕时形成的。
染色体致密的结构，是由两个主要维度的高度缠绕所形成的。
在横向需求维度，染色体通过各种层次的循环结构形成紧凑的短臂和长臂。
在另一维度上，染色体通过核心缠绕形成缩成紧致的杆状结构。
二、染色体功能研究进展缠绕成紧凑结构的染色体，具有很多重要生理功能。
其中最重要的是其作为基因的载体。
染色体带有DNA，其中包含了蛋白质的编码信息和基因调节序列。
此外，染色体在整个细胞周期中都扮演着非常重要的角色，包括DNA复制、表达、修复和分裂等重要生理过程。
(一) DNA复制DNA复制是染色体重要的生理过程之一。
在细胞分裂前，染色体会对其DNA进行复制，从而避免后代细胞可能遭遇的遗传突变。
若染色体复制出现问题，这将导致后代细胞中出现严重的突变，从而可能引起疾病或者死亡。
(二) DNA表达染色体除了带有编码基因信息的DNA外，还包含了其他一些非编码序列，例如启动子和增强子等调节序列。
这些序列通过特异性蛋白质的结合调控基因的表达，从而影响基因表达的程度和方向。
(三) DNA修复细胞在DNA复制过程中，如果遭受损伤，会触发一个庞大的DNA修复机制，这个过程又牵涉到了染色体作为DNA载体的重要角色。
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：随着科学技术的不断进步，人类对于基因组的研究也取得了巨大的突破。
在这个过程中，染色体工程和染色体人工演化成为了研究的重要领域。
本文将介绍哺乳动物染色体工程新技术的发展以及染色体人工演化的应用，以展示它们在生物学领域中的重要性和潜力。
一、哺乳动物染色体工程新技术1. CRISPR-Cas9技术的应用CRISPR-Cas9技术是一种基因编辑工具，通过设计特定的引导RNA和Cas9酶，可以精确地切割染色体上的目标基因，并进行修复或替换。
这项技术在哺乳动物染色体工程中具有巨大的潜力。
通过CRISPR-Cas9技术，研究人员可以实现对染色体的精确编辑，进一步了解染色体的结构和功能。
2. 向染色体中插入外源基因另一项重要的哺乳动物染色体工程技术是向染色体中插入外源基因。
通过将外源基因导入哺乳动物的胚胎细胞中，研究人员可以实现对染色体的改造和改变。
这种技术不仅可以用于研究基因的功能和调控机制，还可以用于生物医学研究和生物工程领域。
二、染色体人工演化染色体人工演化是一种通过人工选择和遗传操作改变染色体的结构和功能的方法。
它主要包括染色体重排、染色体片段的插入和删除等操作。
染色体人工演化技术可以用于研究染色体的进化机制、基因组重组和基因组的适应性演化。
同时，它也可以为基因组的改造和调控提供新的思路和方法。
1. 染色体重排染色体重排是指通过改变染色体上基因的排列顺序和位置来改变染色体的结构。
通过染色体重排，研究人员可以实现基因的重组和重组的影响，进一步了解基因的功能和调控机制。
2. 染色体片段的插入和删除另一个重要的染色体人工演化技术是染色体片段的插入和删除。
通过向染色体中插入或删除特定的片段，研究人员可以改变染色体的结构和功能，进一步研究基因的功能和调控机制。
结论：哺乳动物染色体工程新技术和染色体人工演化是基因组研究领域的重要分支，它们具有广阔的应用前景。
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
遗传学第十二章遗传工程
遗传学第十二章遗传工程
第一节 遗传工程概述
遗传工程广义：细胞工程、染色体工程 细胞器工程、基因工程 酶工程、发酵工程
狭义：基因工程
基因工程概述
基因工程是20世纪70年代初随着DNA重 组技术的发展应运而生的一门新技术。
遗传学第十二局批准 ，采用基因工程方法在细菌中表达生 产的人的胰岛素进入市场，成为基因 工程产品直接造福于人类的首例
双链分离成单链
2）退火(复性)：55℃
左右，引物与单链的 模板DNA序列互补结合
3）延伸：72℃左右，
Taq酶通过在引物 的3’-OH端增加碱基的 办法使引物延伸遗传学第十二章遗传工程
表12-2 PCR循环数与PCR产物的拷贝数之间的关系
循环数 1 5 10 15 20 25 30
PCR产物拷贝数
6) 克隆的DNA可以转录遗传和学第翻十二译章遗，传工其程 产品可以被分离出来
图 12-5 遗重传学组第十二D章N遗A传技工程术流程
2、载体
载体：将外源基因送入受体细胞的工具 载体类型：细菌质粒、噬菌体或病毒、细菌 /酵母菌人工染色体BAC、YAC等 载体特点：
① 在宿主细胞中能独立复制，即本身为复制子 ，有独立的复制起始位点
Ⅰ型酶：仅EcoB和EcoK两种，催化限制 性切割和修饰核苷酸2种功能
Ⅱ型酶：遗传工程中应用最广泛
Ⅲ型酶：具有特异的识别位点，识别位 点是非对称的
遗传学第十二章遗传工程
Ⅱ型限制性酶的基本特性：
① 有特异识别和切割的序列部位 ② DNA分子上两个单链断裂的部位通
常不是直接相对的 ③ 断裂所形成的DNA片段常具有碱基
源基因的个体 4.转基因生物的检测与鉴定 5.转基因生物的安全性评价
植物染色体工程概述
合肥学院Hefei University细胞工程课程综述题目: 植物染色体工程概述系别:专业:学号:姓名:2013年6月25日植物染色体工程概述李双双1002012045 生工二班摘要：植物细胞工程[1]涉及胚拯救、小孢子培养、体细胞杂交、离体受精、体细胞无性系变异、染色体工程等多方面内容。
本文是对染色体工程这方面的概述，主要内容包括加倍技术、内容、实践运用和发展方向。
关键词：染色体工程加倍技术内容实践运用发展方向染色体工程，又称染色体操作(chromosome manipulation)，是人们按照一定的设计，有计划的削减、添加或代替同种或异种染色体，从而达到定向改变遗传特性和选育新品种的一种技术。
自从1879年，由德国生物学家弗莱明经过大量实验发现了染色体的存在。
由此后1883年美国学者提出了遗传基因，（所谓遗传基因，也称为遗传因子，是指携带有遗传信息的DNA或RNA序列，是控制性状的基本遗传单位。
）在染色体上的学说，科学家们对染色体的研究就从未断过，染色体工程也就不断在进展。
目前，植物学家们已经将染色体工程用于作物品种的改良，使其成为一门育种新技术，此外它也是研究基因定位和异源基因导入的有效手段。
其基本的操作程序包括如下几个步骤：杂交；依靠杂种(或亲本) 减数分裂时染色体联合的规律性变化产生具有不同染色体组成的配子；在杂种或杂种后代中通过细胞学鉴定，筛选所需要的材料。
一、染色体加倍技术[2]1 化学诱导方法1.1细胞松驰素B(cytochalasin)在细胞分裂中期使用，能抑制肌动蛋白聚合成微丝，从而抑制细胞质分裂，使用最早、最广泛，其诱导效果也最突出。
1.2秋水仙素(colchicine)在细胞分裂中期使用，阻止细胞分裂过程中的纺缍体的形成。
其特点为价格昂贵，有毒性。
2 物理学方法2.1温度休克法包括冷休克法和热休克法两种，即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。
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
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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。
染色体的发展史
染色体工程的研究与进展王婧雅染色体，是细胞核内由核蛋白组成、能用碱性染料染色、有结构的线状体，是遗传物质基因的载体。
但科学家对染色体的发现与研究却是经历了一个多世纪的漫长历程。
如今对染色体的研究早已不再停留在它的构造及功能，而是利用其独特的结构来实现更多超越性的科技创新，并由此有了染色体工程。
染色体工程，又称染色体操作(chromosome manipulation)，是人们按照一定的设计，有计划的削减、添加或代替同种或异种染色体，从而达到定向改变遗传特性和选育新品种的一种技术。
自从1879年,由德国生物学家弗莱明（Alther Flemming,1843～1905年）经过大量实验发现了染色体的存在。
由此后1883年美国学者提出了遗传基因（所谓遗传基因(Gene,Mendelian factor)，也称为遗传因子，是指携带有遗传信息的DNA或RNA序列，是控制性状的基本遗传单位。
）在染色体上的学说，科学家们对染色体的研究就从未断过，染色体工程也就不断在进展。
若把对染色体工程的研究分为植物和动物等几块，则植物染色体工程的基本程序是人工杂交，细胞学鉴定，在杂种或杂种后代中筛选所需要的材料。
这些研究不仅仅只在实验室里有展现，而已经运用于实践。
下面举几个运用实例：一、多倍育种。
多倍体育种是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体，是利用人工诱变或自然变异等，通过细胞染色体组加倍获得多倍体育种材料，用以选育符合人们需要的优良品种。
最常用、最有效的多倍体育种方法是用秋水仙素或低温诱导来处理萌发的种子或幼苗。
秋水仙素能抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体，但不影响染色体的复制，使细胞不能形成两个子细胞，而染色数目加倍。
例如对西瓜进行多倍体育种。
自1937年Blakeslee和Avery利用秋水仙素诱发曼陀罗四倍体获得成功以后，各国相继展开人工诱发多：、倍体的研究。
自1939年发表关于获得四倍体西瓜的报告后，多倍体西瓜育种的研究由此进入了新时代。
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。
染色体工程技术在小麦雄性不育研究和杂种优势利用中的应用
染色体工程技术在小麦雄性不育研究和杂种优势利用中的应用牛娜;张改生;刘宏伟;王军卫【期刊名称】《麦类作物学报》【年(卷),期】2004(24)1【摘要】染色体工程技术主要包括染色体的添加、削减和代换。
随着科学技术的不断发展,现代生物技术亦融入到染色体工程技术,赋予染色体工程以新的内容,不仅包括在染色体组、染色体和染色体片段水平上所进行的染色体遗传操作,而且涵盖了染色体原位杂交、染色体微切割和人工染色体等新技术。
本文阐述了染色体工程技术在小麦雄性不育研究和杂种优势利用中的应用,其主要有:(1)育性基因的定位,如育性基因的单体、缺体、端体和缺四体分析等;(2)外源育性基因的染色体鉴定;(3)核型雄性不育的染色体保持技术;(4)育性载体染色体的定向替换等。
本文还对染色体工程技术研究应用进展进行了分析与展望。
【总页数】6页(P75-80)【关键词】染色体工程技术;小麦;雄性不育;杂种优势利用;基因定位【作者】牛娜;张改生;刘宏伟;王军卫【作者单位】西北农林科技大学陕西省作物杂种优势研究与利用重点实验室【正文语种】中文【中图分类】S512.1【相关文献】1.雄性不育性在杂种优势中的研究及利用概述 [J], 陈举林2.染色体工程技术在小麦育种中的应用：第一讲小麦染色体工程的研究现状 [J], 薛秀庄;吉万全3.小麦核型雄性不育杂种优势利用研究的现状... [J], 王鹏科;黄寿松4.小麦核型—蓝标型雄性不育杂种优势利用研究 [J], 王鹏科;黄寿松;徐洁5.带有莫迦小麦(T.macha)染色体片段的普通小麦温敏雄性不育系YM3314的初步研究 [J], 何蓓如;胡银岗;宋喜悦;马翎健;李宏斌;董普辉;于玲因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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雄核发育的意义
• 雄核发育的个体的生存率非常低，这是由于精子 基因型的纯合性、卵子由于照射的损伤和阻止第 一次卵裂处理的损伤等原因造成的。 • 但是仍旧在遗传学基础理论和育种中都有一定的 价值，利用雄核生殖的精子可用于冷冻基因库， 保存种质资源，对基因世代克隆系的建立，不同 种间核质的杂种的产生和YY雄性引起的性别控制 等也有特殊的意义
染色体变异
染色体数变异 细胞内以染色体组为基数进行的整倍 性变化 染色体组内的个别染色体数目有所增 减
内容
1 2 3
人工诱导多倍体
染色体显微操作技术 染色体介导的基因转移技术
44 人工染色体
5
雌、雄核发育
1 人工诱导多倍体
概念
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。
2 中期染色体的转移
在分离中期染色体之后要解决的问题， 就是如何使这些中期染色体导入受体细胞。 前面已经说过，染色体可通过细胞的吞噬作用而进入受体细胞。 但在早期实验中的基因转移频率甚低，仅达到10-7 -10-6 。
而今由于技术上的改进，即可用磷酸钙和染色体一起沉淀， 再用二甲亚砜处理受体细胞， 或者采用磷酸酯与胆固醇制成的脂质体将染色体转入受体细胞内， 可使转移频率上升到10-5-10 -4
L/O/G/O
染色体工程
主讲：巫凤娟 成员：雷翔云 吴亚磊
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。
染色体结构
染色体变异
染色体结构变异 染色体数变异 染色体易位 染色体缺失 染色体倒位 染色体重复
目的染色体。
内容
1 2 3 4 4
人工诱导多倍体
染色体显微操作技术 染色体介导的基因转移技术 人工染色体 雌、雄核发育
5
3染色体介导的基因转移技术
概念
将与特定基因表达有关的染色体 或染色体片段转入受体细胞，使该 基因得以表达，并能在细胞分裂中 一代又一代地转递下去。该技术称 为染色体介导的基因转移技术，又 称为染色体转导。
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。
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微细胞制备
微细胞融合
染色体介导转移法
• 染色体介导转移法是指分离得
概 念
到相应的染色体后转入受体细 胞的一种技术。
染色体介导转移法实施步骤
诱发 细胞 同步 分裂
秋水仙素
阻断细胞分裂于 中期
破碎细胞
转移到受体 细胞中去。
适当的 分部
收集大量的 中期染色体
分离染色体
染色体的转移
受体细胞的分离与鉴定
显微手术法
物理学方法
化学方法
人工诱导雌核发育的方法
（2）雌核染色体数目减少的阻止 阻止第一次有丝分裂或 第二极体的外排
利用温度、压力或化学方 法，如冷休克、热休克、 流体静水压、细胞松驰素B、 聚乙二醇处理等。
雌核发育的意义
雌核发育具有产生单性种群的能力 雌核发育能迅速地产生同源型二倍体克隆 广泛地用于进行基因——着丝点的定位研究
生物学方法
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)
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
人工染色体
自主复制 DNA序列
端粒 着丝粒 DNA序列 DNA序列
三个关 键序列
染色体要确保在细胞分裂中保持稳定， 必须要能够自我复制和向子细胞中平均 分配
分
目的基因 基因载体
切 接
重组体
总 体 技 术 路 线
转 筛 表
正在研究和利用的人造微小染色体：
酵母人工染色体
YAC 研究与应 用 MAC BAC
G-C特异性染色。染色体上DNA的碱基序列是不同的，因此这些特异性染料
和不同染色体上DNA结合的量和比例是不同的。结合这些染后，再经激光照 射，染色体就会呈现不同的荧光带。将特定染色体发出的荧光波长输入计算 机，通过计算机控制就可将发出同一波长的染色体收集在一起，从而实现染 色体的分离。
细胞分裂同步处理 染色体的荧光色素染色
染色体的分离
染色体微切割最常用的方法有两种
采用特细的玻璃针（尖端直径约为 微细 玻璃 针切 割法： 0.17μm）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。
将染色体标本在底部贴有特殊薄膜的培 养皿上制作，利用激光共聚焦扫描显微 显微激 光切割 法： 系统，依靠高能量激光照射非选择细胞 或染色体，使其受热蒸发，最后只留下
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。
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
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
哺乳动物人工染色体 细菌人工染色体
人工染色体的应用
1 基因组物理图谱构建和图谱克隆
2 基因表达调控及其功能研究
3 基因组分析
4 乳腺生物反应器
5 医学领域的基因治疗
内容
1 2 3
人工诱导多倍体
染色体显微操作技术 染色体介导的基因转移技术
44 人工染色体
5
雌、雄核发育
雌核发育
概念
雌核发育（gynogenesis）是单性生 殖的一种，指卵子依靠自己的细胞核 发育成个体的生殖行为。
染色体转移技术的应用前景
• 自从1973年染色体转移技术首创以来，这一技术 正在不断的得到完善和发展，它不仅能将各种可 供选择的基因导入受体细胞，而且还可以用于确 定那个基因在染色体上的连锁关系，研究病毒 DNA的染色体整合现象以及从遗传角度去分析培 养细胞的成瘤表型。由于目前对于染色体转移的 细胞生物学机制尚不清楚，所以这一重要的课题 还有待于人们去开拓。只有当弄清了转移的作用 机理后，才能按照人们的意志把外源基因导入受 体的特定染色体上，从而达到改良高等生物的遗 传性状，并培育出新品种的目的。
多倍育种中存在的问题
准确的处理时间； 准确可靠的倍性鉴定方法的确定
诱导率、成活率及孵化率的提高
内容
1 2 3 4 4
人工诱导多倍体
染色体显微操作技术 染色体介导的基因转移技术 人工染色体 雌、雄核发育
5
2 染色体显微操作技术
染色体的分离
染色体的微切割
染色体分离的基本原理
由于荧光染料Hoechst 只对A-T特异性染色，而染料Chromomycin只对
生物学方法
物理学方法
草鱼♀ × ♂三角鲂 •温度休克法 (2n=48) ( 2n =48) •水静压法
•细胞松驰素B
化学方法
草鲂杂种 •秋水仙碱 (3n=72)
多倍体倍性鉴定的方法
核体积测量 生化分析 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 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 是鉴定多倍性的一个准确的直接方法
内容
1 2 3
人工诱导多倍体
染色体显微操作技术 染色体介导的基因转移技术
44 人工染色体
5
雌、雄核发育
4 人工染色体
概念 人工染色体(artificial chromosome) 是指人工组建具有染色体功能的DNA分子,也 就是人们利用线性染色体稳定的功能序列构 建载体,重组后的DNA以线性状态存在,大大 提高了插入外援基因的能力,且可以像天然染 色体一样,在寄主细胞中稳定复制和遗传.
多倍体动物特点
1.多倍体育种技术方法简单、见效快，具有潜在的理论和应 用价值。 2.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。 3.种间杂种生长快，可以同时具有两个不同的种的优良特性 。
4.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。
常的精子受精，再在适当时间施以冷、热或高压等物理处理 ，使进入卵子内的精精子染色体加倍，而发育为完全为父本 性状的二倍体