作物育种学课程论文

《作物育种学》课程论文
论文题目：叶绿体、线粒体遗传的育种利用
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叶绿体、线粒体遗传的育种利用
摘要：叶绿体与线粒体是细胞质基因的主要载体，普遍存在与所有目前已调查过的真核生物中。

叶绿体是绿色植物体光合作用的场所；线粒体担负着细胞的能量转换功能。

本文阐述了叶绿体、线粒体遗传在育种上的利用，对作物的各种遗传物质所产生的遗传效应进行了综述,并进一步探讨了它们在作物育种中的地位和作用。

关键词：叶绿体遗传；线粒体遗传；育种利用
除了染色体DNA外，在细胞质中的线粒体、线粒体等细胞器内也存在着一些DNA分子，它们统称细胞质基因或者核外基因，也可以分别称之为线粒体基因和叶绿体基因，它们对作物的遗传与育种都有很大的影响，起到了很重要的作用。

1叶绿体遗传
1.1叶绿体遗传概述
叶绿体是绿色植物进行光合作用的重要细胞器，是质体的一种，同时是一个半自主性细胞器，含有DNA分子，能进行自我复制。

它的双层膜结构使其与胞质分开，内有片层膜，含有叶绿素。

光合作用就是在片层膜上进行的，绝大多数的异养生物的有机物质与能量来源都是由叶绿体光合作用提供的。

大部分叶绿体的DNA都是共价闭合的双链环状分子，少数的为线状分子。

叶绿体的DNA分子一般长为120～160kb。

叶绿体中一般含有多个拷贝的DNA。

其基因组很小，同时DNA分子上存在两个反向重复的序列。

这些特点使对叶绿体基因的克隆和其他遗传学操作更加容易。

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1.2叶绿体遗传转化的优点
和细胞核转化相比，以叶绿体为受体的基因转化具有很多独特优点：准确控制外源基因的插入位点，避免位置效应的产生，有利原核和真核外源基因的直接表达。

叶绿体基因组可处理多顺反子的能力和精确、安全、高效等特点，更利于实现多基因共同转化，且表达产物在叶绿体中可以完成二硫键交联，正确折叠等转录的修饰，使表达产物具有生物活性。

叶绿体属于母系遗传，可避免作物与作物及作物与杂草之间的杂交，避免了细胞核转化中可能造成的基因污染等环境安全隐患，消除公众对于基因污染的忧虑。

因此，叶绿体转基因植物具有较高的生物安全特性。

以叶绿体作生物反应器生产有用蛋白质已经成为研究热点，很多蛋
白质已成功实现在叶绿体中的表达。

2线粒体遗传
1.1线粒体遗传概述
线粒体是真核细胞内重要的细胞器，它与细胞能量生成、脂肪酸以及某些活性蛋白质的合成有着密切的关系。

由于细胞内线粒体、质体、中心体等细胞器具有独立的遗传物质，因此，它们通常被称作核外遗传因子或细胞质遗传。

线粒体内有DNA与核糖体，能合成蛋白质，并且有自身复制能力。

因此，一般认为线粒体在遗传上有一定自主性。

近来发现，随着人们对线粒体DNA研究深入，人们发现了线粒体活性和作物杂种优势之间存在的某些相关性。

例如，产生杂种优势的两个类型的线粒体，在体外混合时，通常表现出超亲活性，这种现象叫做线粒体互补作用。

线粒体DNA的分析不仅作为物种遗传标记常规方法．而且已经成为进化生物学、基因学、生物学等领域的研究热点。

不同植物物种间的线粒体基因组大小相差较大，在120～2700kb之间。

植物线粒体的基因组具有整合其它基因组的DNA序列并保持稳定遗传特性，这些被整合的DNA片段称作漫游DNA。

另外，植物线粒体的基因组中广泛存在着许多重复的序列，重复序列的大小从几百bp到几十万bp，既涉及到功能基因的区域，也可以是非编码序列不同的重复序列之间的同源性不高、借助大小不一的重复序列，重组和重排的事件发生频繁，导致基因组的结构、不同DNA分子的拷贝数比例的变化，产生不同大小tDNA分子，可编码许多基因。

[2]
1.2线粒体的遗传转化特征
一般认为，线粒体基因组遗传具有3种基本特性：
一、由于亲代父本的mtDNA在受精的时候不能进入卵细胞，使子代的mtDNA 直接来自于母系，不存在父母双方的mtDNA重组过程，因此称mtDNA呈严格母性遗传(maternal inheritance)。

二、尽管mtDNA的分子长度和结构都十分稳定，但其内部一级结构序列的变异却是单拷贝核DNA的5到10倍。

主要原因是mtDNA的复制酶I不具有核对能力，加之其复制快拷贝的数量较大．并且容易受到内外环境因素的影响。

尤其是脊椎动物mtDNA的D控制区域，在物种内甚至和群体中个体间都存在mtDNA的序列差别。

三、在同一个体组织中mtDNA具有一致性，因此，线粒体DNA的这些特性使它们成为生物进化过程中谱系发生和迁移流动的有效遗传标记。

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3 叶绿体遗传、线粒体遗传应用于农作物遗传育种
一、提高作物的抗性。

作物的抗虫、抗旱、抗倒伏等与抗逆性相关的育种工作是新品种选育的重要方向。

以叶绿体和线粒体为受体，通过这些遗传工程的手段对作物抗逆性进行适度改进，已经在作物抗逆性品种选育中发挥重要作用，例如抗旱基因、抗虫基因、抗除草剂基因等一些重要的与抗逆有关的基因已经实现了在叶绿体和线粒体中的得到表达。

二、提高作物营养价值。

线粒体是真核细胞内重要细胞器，它与细胞能量的生成、脂肪酸以及某些活性蛋白质的合成有着密切的关系。

叶绿体则参与许多代谢反应，例如氨基酸、脂肪酸、淀粉等物质的生物合成。

通过叶绿体和线粒体遗传工程技术，改造控制这些反应酶系统，提供反应过程中的所需能量，直接将外源基因导入叶绿体，有可能实现叶绿体中表达人类所必需的氨基酸、脂肪酸、蛋白质等物质，从而提高作物营养价值。

三、提高作物的产量。

叶绿体能把光能转换为对作物有用的化学能，而化学能是作物的生物产量形成的基础能量来源。

所以，通过改善叶绿体光合性能，比如对光合作用关键酶的改造，能够提高光合效率，从而增加农作物产量。

参考文献：
1.程霞英．叶绿体遗传转化研究进展.生物学通报,2004,39(3)：15-17
2.汪静等．线粒体遗传物质与细胞质雄性不育关系研究进展．玉米科学，2006,14(6)：78～
82
3.潘宝平，卜文俊．线粒体基因组的遗传与进化的研究进展．生物学通报, 2005, 40(8)：1～
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