动物染色体工程

动物染色体工程第一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五AnimalChromosomeEngineering◆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第二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五一、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.染色体组第三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五1、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；第四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五2、染色体的主要结构◆着丝粒(centromere)●主缢痕(Primaryconstriction)

◆次缢痕(secondaryconstriction)◆动粒(kinetochore)◆核仁组织区(nucleolarorganizingregion,NOR)◆随体(satellite)◆端粒(telomere)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。第五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五第六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五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：第七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五核小体的结构

每一个核小体核心包含有146bpDNA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圈第八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五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。第九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五第十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五从DNA到染色体的包装压缩DNA链核小体螺线管染色单体超螺旋压缩比例：7×6×40×5=8400（1：7）（1：6）（1：40）（1：5）第十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五第十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五DNAPackaging第十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五GeneExpression第十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五3、染色体DNA结构稳定遗传的功能序列◆ARS(autonomousreplicatingsequence)◆CEN(centromericsequence)

Thecentromereisaspecializedregionofthechromosomethatplaysacriticalroleinensuringthecorrectdistributionofduplicatedchromosomestodaughtercellsduringmitosis

◆TEL(telomericsequence)

Thesequencesattheendsofeukaryoticchromosomes,calledtelomeres,playcriticalrolesinchromosomereplicationandmaintenance.第十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五DNA稳定遗传的三种功能位点第十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五第十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五4、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。

染色体倍性是指细胞中包含的染色体组数或基数。第十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五HumanmitoticchromosomesandkaryotypeChromosomepainting=multicolorFISH第十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五染色体组用符号“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。符号“n”和“X”的区别与联系单倍体与一倍体含义相同吗？第二十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五AnimalChromosomeEngineering◆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第二十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五

染色体工程:

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的技术。 广义上讲它还包括染色体内部的部分遗传操作技术。二、什么是染色体工程第二十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五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、异种代换第二十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五染色体数变异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；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。第二十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五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。第二十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五染色体结构变异染色体易位：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。染色体缺失：染色体的某一区段及其带有的基因一起丢失染色体倒位：染色体上某一区段连同它带有的基因顺序发生180度倒转。染色体重复：一个染色体上增加了相同的某个区段。第二十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五缺失：缺失一个片段。重复：某一片断重复出现。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。第二十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五AnimalChromosomeEngineering◆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第二十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五（一）动物染色体倍性改造1、动物的多倍体育种自然界中存在多倍体动物吗？人工诱导多倍体有什么意义？诱导方法倍性鉴定2、动物的单倍体育种后代是单倍体吗？第二十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五1、人工诱导多倍体◆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◆多倍体性鉴定方法第三十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五（1）人工诱导多倍体的意义

多倍体(polyploidy):

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水产养殖增强抗病能力、提高生长速度第三十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五第三十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五特点多倍体与二倍体相比，最显著的特点是形态上的巨大性。糖类、蛋白质及其它产物的含量也有所提高。由于多倍体动物具有生长速度快、成活率高及抗病能力强等特点，所以可通过人工诱导多倍体来改善生物的经济性状。第三十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五（2）人工诱导多倍体的途径

其一：原种或杂种所形成染色体未减数的配子受精而产生的。

（自然形成途径）

其二：原种或杂种的合子或体细胞染色体数目加倍而成的。

（人工诱导途径）第三十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五（3）人工诱导多倍体的方法◆生物学方法◆物理学方法◆化学方法第三十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五◆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)

第三十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五第三十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五◆Assemblyofmicrotubules●Assemblyinvitro影响微管稳定的因素第三十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五◆物理学方法（1）A、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）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：冷水鱼类应用热休克法，温水性鱼类用冷休克效果较好关键：成功阻止第二次成熟分裂和第二极体的排出第三十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五◆物理学方法（2）B、水静压法原理：抑制第二极体的排出或第一次卵裂方法：65kg/cm2特点：诱导率高（90％以上），处理时间短，对受精卵损伤小，成活率高。该法需要专门的设备——水压机，成本较高，不适于大规模生产。第四十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五◆化学方法A.细胞松驰素B(cytochalasin)： 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。B.秋水仙素(colchicine)： 阻止细胞分裂过程中的纺缍体的形成。C.其他： 咖啡因、6-DMAP、聚乙二醇特点：化学药物价格昂贵，有毒性第四十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五例：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第四十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五（4）多倍体性鉴定方法◆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、肾细胞。◆蛋白质电泳：如血清蛋白电泳。◆生化分析：如肌肉与血液的化学组成。◆染色体计数：用胚胎细胞染色体，鱼类再生鳍或淋巴细胞培养的染色体标本等◆DNA含量测定：用流式细胞仪测定第四十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五流式细胞仪

FlowCytometry

Flowcytometryusesanelectronicinstrumentthatpassesparticlesorcellsonebyonethroughalaserandpastsensorsthatmeasurephysicalandchemicalcharacteristicsofthoseparticlesorcells.第四十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五例：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第四十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五2、动物雌雄核发育

——单倍体育种

雌核发育：精子虽然正常地钻入和激活卵子，但精子的细胞核并未参与卵球的发育，精子的染色体很快消失，胚胎的发育仅在母体遗传控制下进行

雄核发育：因经过紫外线、X射线和γ射线处理的卵子与正常的精子受精，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第四十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五（1）人工诱导雌核发育的方法精子遗传物质的失活（假受精）辐射处理：γ射线（通常用60Co或173Cs)，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。细胞分裂的阻止（抑制第二极体排出，发育成二倍体）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、聚乙二醇第四十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五“无父之鼠”第四十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五第四十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五继2004年4月英国《自然》杂志发表有关“没有父亲的小鼠诞生”的研究后，5月，同样是《自然》杂志又发表了一个针锋相对的研究成果。美国密执安州立韦恩大学的斯蒂芬·克拉维茨等人的研究证明，过去男性在生殖和遗传中的作用，被人们大大低估了，以前的研究认为男性只是在生育中贡献了自己的DNA。然而事实上，男性的精子不仅使作为高级哺乳动物的人类代代相传、繁衍生息，而且还把男性特有的染色体(DNA)信息和信使RNA(tRNA)传递给后代，而tRNA绝对不是可有可无的，它是帮助胚胎产生、发育、正常生长，最终长成胎儿的重要物质。第五十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五◆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。第五十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五◆雌核发育的意义

雌核发育具有产生单性种群的能力 迅速地产生同源型二倍体克隆 可通过克隆自交，即以激素致使性逆转为雄性，再与同胞姐妹交配，获得强壮的纯系同型配子二倍体，然后籍助于雌核发育，产生新的纯系来筛选除去有害的等位基因，以改良近新繁殖系第五十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五（2）人工诱导雄核发育的方法辐射处理：γ射线（通常用60Co或173Cs)，X射线和紫外线卵子遗传物质的失活，与正常精子受精，再在适当时间以冷、热或高压等处理，使进入卵子内的精子染色体加倍，而发育成为完全父本性状的二倍体。第五十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五染色体非整倍体变化◆个别染色体的削减和添加◆染色体代换多见于植物染色体工程（见教材235页）第五十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五（二）动物染色体结构的改造（p161）第五十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五第五十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五

◆人工染色体(artificialchromosome)

人工构建的含有稳定染色体的天然结构序列，即ARS、CEN、TEL序列的微小染色体，可以象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。（三）人工染色体第五十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五

大片段DNA克隆载体

人类和哺乳动物的基因组很大，甚至许多单个基因也相当大（如：DMDgene2300kb），克隆分析就需要更大的基因载体。如近年来构建的一些载体：BAC，YAC等。第五十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五1、Yeastartificialchromosome

第五十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五第六十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五

分（离目的基因）切（割目的基因和载体）

接（连目的基因和载体）

转（化宿主细胞）

筛（选阳性克隆）表（达目的基因）基本模式第六十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五

目的基因基因载体重组体分切接转筛表总体技术路线第六十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五EssentialCloningSteps第