细胞工程：第10章 动物染色体工程

第10章动物染色体工程染色体工程(chromosomeengineering)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。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新个体——骡子的染色体数是63条。骡子的染色体联会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。

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。10.1.1动物的多倍体育种1．染色体加倍技术(人工诱导)（1）化学诱导法秋水仙素：能抑制和破坏纺锤丝的形成，可使染色体正常复制而细胞不发生分裂，从而形成同源多倍体细胞。细胞松弛素B：是动物多倍体诱导剂，通过抑制动物的肌动蛋白聚合成微丝，阻止细胞质的分裂。（2）物理学方法1）温度休克法2）水静压法(3）生物学方法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

1）体积测量

2）蛋白质电泳

3）生化分析3．动物多倍体育种的意义1）多数具有良好的生长率2）低等动物的种间杂交优势非常明显3）巨大性4）育性低(四倍体可育)10.1.2动物的单倍体育种1．人工单性生殖（1）雌核发育：指精子虽然能正常地钻入卵子中并激活卵子，但精子的细胞核并未参与卵球的发育，胚胎的发育仅在母体遗传物质的控制下进行。（2）雄核发育：用经过紫外线、X线或γ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，使进入卵子内的精子染色体加倍，而发育成完全为父本性状的二倍体。Haploidembryosaregeneratedby'mock-fertilizing'eggswithUV-irradiatedsperm(whichcannotcontributegenetically),andcansurviveafewdays.Haploidscanberescuedbysuppressingformationofthepolarbodywithpressuretreatmentshortlyafterfertilization.Such'gynogeneticdiploid'embryosarederivedentirelyfromthematernalgenome,andcanbeusedtouncoverrecessivephenotypesinacceleratedgeneticscreens.朱

洗

细胞学家。浙江临海人。1931年获法国国家博士学位。中国科学院实验生物研究所研究员、所长。长期从事两栖类、鱼类、家蚕等动物卵子成熟、受精等研究。1961年使人工雌性发育的雌蟾蜍与雄蟾蜍交配，繁殖出没有外祖父的癞蛤蟆，证明了单性生殖的高等动物仍保有传代的能力。2．人工诱导雌核发育的方法（1）精子遗传物质的失活（2）细胞分裂的阻止Heat-shocktreatmenttoactivated/fertilizedeggsofIndianmajorcarpstoinducediploidgynogenesis/polyploidyrespectively3．雌核发育的鉴别鉴别雌核发育的个体，通常以颜色、形状和生化等方面的指标为根据。目前，还采用细胞学和遗传标记的方法

孤雌生殖现象是一种普遍存在于一些较原始动物种类身上的生殖现象，简单来说就是生物不需要雄性个体，单独的雌性也可以通过复制自身的DNA进行繁殖。很多种生物如昆虫、鸟类和两栖类都有孤雌生殖现象的记录。Parthenogenesis第一种是偶发性的孤雌生殖（Sporadicparthenogenesis）。即在正常情况下行两性生殖，但偶尔可能出现不受精卵发育成新个体的现象。在蛾类中就有这样的例子，如较熟悉的家蚕，就能进行偶发性的孤雌生殖。第二种是经常性的孤雌生殖（Constantparthenogenesis）。例如在膜翅目昆虫（如蜜蜂）中，雌蜂在排卵的时候并非所有的卵都是受精的。在这种情况下，受精卵发育成雌蜂，非受精卵发育成雄蜂，因为很多膜翅目昆虫（包括蜜蜂）的雌虫，其染色体为双倍体，而雄虫则是单倍体。雄虫形成精子时是不经过减数分裂的。第三种是周期性的孤雌生殖（Cyclicalparthenogenesis）。即孤雌生殖和两性生殖随季节的变迁而交替进行，即所谓“异态交替”（Heterogeny）。蚜虫是最熟悉的例子。许多蚜虫只在冬季将要来临的时候才产生雄蚜，进行雌雄交配，产受精卵越冬；而从春季到秋季连续十余代都以孤雌生殖繁殖后代，在这段时期几乎完全没有雄蚜。

孤雌生殖对昆虫的广泛分布起着重要的作用，因为即使只有一个雌虫被偶然带到新的地区（如风吹、人的传带），就有可能在这地区繁殖起来。当遇到不适宜的环境条件而造成大量死亡的时候，孤雌生殖的昆虫也更容易保留它的种群。所以孤雌生殖可以认为是对付恶劣环境和扩大分布的有利的适应。

在哺乳动物中自发出现孤雌生殖现象的案例还未见报道。不过现代生物学技术能够通过各种物理化学方法将卵母细胞激活，激活后的胚胎虽然不能发育为完整的个体，但能够发育到囊胚阶段，移植入母体内能够着床，终但因胚外组织发育不全而死亡。2004年日本和韩国科学家通过对某些印记基因的改造，顺利产出一孤雌发育的小鼠。LetterstoNatureNature

428,860-864(22April2004)BirthofparthenogeneticmicethatcandeveloptoadulthoodOnlymammalshaverelinquishedparthenogenesis,ameansofproducingdescendantssolelyfrommaternalgermcells.Mouseparthenogeneticembryosdiebyday10ofgestation.Bi-parentalreproductionisnecessarybecauseofparent-specificepigeneticmodificationofthegenomeduringgametogenesis,.Thisleadstounequalexpressionofimprintedgenesfromthematernalandpaternalalleles.However,thereisnodirectevidencethatgenomicimprintingistheonlybarriertoparthenogeneticdevelopment.Hereweshowthedevelopmentofaviableparthenogeneticmouseindividualfromareconstructedoocytecontainingtwohaploidsetsofmaternalgenome,derivedfromnon-growingandfullygrownoocytes.ThisdevelopmentwasmadepossiblebytheappropriateexpressionoftheIgf2andH19geneswithotherimprintedgenes,usingmutantmicewitha13-kilobasedeletionintheH19geneasnon-growingoocytesdonors.Thisfull-termdevelopmentisassociatedwithamarkedreductioninaberrantlyexpressedgenes.Theparthenotedevelopedtoadulthoodwiththeabilitytoreproduceoffspring.Theseresultssuggestthatpaternalimprintingpreventsparthenogenesis,ensuringthatthepaternalcontributionisobligatoryforthedescendant.NotacloneThisisnotaclonedanimalbecausecellsfromtwoindividualsareused.Thiscannotbecalledasexualreproductionforthesamereason.Theentireprocessuseddoesnothaveanameasyet.Thisistotallynewandanunexpectedfieldofresearchonmammals."Thegoalofourstudywastodiscoverwhyspermandeggswererequiredfordevelopmentinmammals,"Konosaid.Kaguyathemouselatergavebirthtoconventionallyfatheredoffspring.10.2动物染色体结构的改造染色体片段的删除和重排染色体的易位工程10.3人工染色体

人工染色体酵母人工染色体细菌人工染色体哺乳类人工染色体人工染色体的应用人工染色体

染色体要确保在细胞分裂中保持稳定性，必须要能够自我复制和向子细胞中平均分配。它需要3个关键序列：

1.自主复制DNA序列（ARS）

是DNA复制的起点，确保染色体能够开始自我复制。

2.着丝粒DNA序列（CEN）

确保染色体在细胞分裂时能平均分配到子细胞中。

3.端粒DNA序列（TEL）

使DNA能结束复制，确保染色体的独立性和稳定性。人工染色体

Artificialchromosome

定义：人工构建的含有复制起始点、着丝粒和端粒三个关键系列的载体系统。

现正在研究的人工染色体有三种：

酵母人工染色体（yeastartificialchromosome,YAC）细菌人工染色体（bacterialartificialchromosome,BAC）哺乳类人工染色体（mammalianartificialchromosome,MAC）10.3.4人工染色体的应用物理图谱和定位克隆基因功能鉴定和转基因的研究染色体结构和功能关系研究基因治疗YAC:

YeastArtificialChromosomeThesizeofaDNApiecethatcanbereproducedinYACis10timesgreaterthanthatwhichcanbereproducedinbacteria.TechniquesforcloninggenomicDNAintoYACmakeitpossibletoanalyzeverylongDNAsequenceslikehumangenes.BACs

:BacterialArtificialChromosomeInsupporto