《園林植物遺傳育種學》串講課件.pptVIP

園林植物遺傳育種學,緒 論,園林植物（觀賞植物）育種：以遺傳學理論為指導，將天然存在的或人工創(chuàng)造的變異類型，通過引種、雜交育種、選種、或 良種繁育等途徑改良觀賞植物固有類型而創(chuàng)造新品種的技術(shù)與過程。,一 遺傳與變異,遺傳（heredity)：親代與子代之間的相似現(xiàn)象 變異（Variation) ：生物個體之間的差異（世代之間、同代個體之間） 遺傳學：研究生物遺傳與變異的科學，遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，以及遺傳信息的傳遞與表達 園林植物遺傳學：以園林植物為主要對象，研究其遺傳變異規(guī)律的科學。,第一章 遺傳的細胞學基礎,第一節(jié) 細胞結(jié)構(gòu),細胞結(jié)構(gòu) 染色體,染色體形態(tài)、結(jié)構(gòu)和數(shù)目,染色體的組成：DNA和蛋白質(zhì) 組蛋白：H2a、H2b、H3、H4，十分固定 非組蛋白：不固定 染色體的基本結(jié)構(gòu)：核小體（1974，Kornberg提出，由組蛋白質(zhì)和DNA組成的DNA-蛋白質(zhì)纖絲的結(jié)構(gòu)單位）,第二節(jié) 細胞分裂,有絲分裂：生長、發(fā)育和繁殖的基礎，通過有絲分裂，遺傳信息在細胞世代間傳遞。 減數(shù)分裂：發(fā)生在有性生殖過程中配子形成階段,一 有絲分裂,細胞周期：一個細胞的生活史（上一次細胞分裂結(jié)束到下一次細胞分裂結(jié)束 分裂間期 分裂期,分裂間期：上次分裂結(jié)束到下次分裂開始 G1期 S期（DNA合成期或染色體復制期 G2期（合成后期,細胞分裂期： 核分裂 前期：染色體出現(xiàn)，縮短變粗 中期：染色體排列在赤道板位置，著絲粒附著紡錘絲 后期：姊妹染色單體分開，移向兩極 末期：染色體分散并消失，核仁、核膜形成 質(zhì)分裂 有絲分裂細胞周期,二 減數(shù)分裂：發(fā)生在有性生殖過程中配子形成階段,DNA的變化：一次DNA復制（S期）和連續(xù)兩次的細胞分裂，形成的子細胞染色體數(shù)為母細胞的一半。 減數(shù)第一次分裂 減數(shù)第二次分裂 前期II 中期II 后期II 末期II,減數(shù)第一次分裂 前期I： 細線期：染色質(zhì)濃縮呈細線盤繞成團 偶線期：同源染色體（大小、形態(tài)結(jié)構(gòu)相似、代謝和遺傳功能相同）彼此靠攏，配對聯(lián)會。 粗線期：縮短加粗，配對的同源染色體稱二價體或四聯(lián)體。有可能發(fā)生染色體片段之間的交換，產(chǎn)生遺傳性狀的重新組合。 雙線期：同源染色體互相排斥而分離，非姊妹染色體間的交錯交叉，交叉端化 終變期（濃縮期）：縮到最短最粗 中期I： 后期I：同源染色體對分開，每條染色體的兩個染色單體因共有一個著絲點而不分開 末期I：,有絲分裂和減數(shù)分裂的異同點 1.減數(shù)第一次分裂和有絲分裂的比較 相同點：分裂間期及在間期的DNA復制 不同點：,減數(shù)第二次分裂和有絲分裂過程的比較 相同點:分為前、中、后、末4個時期，染色體形態(tài)變化基本相似，劃分時期的指標也基本相同。 不同點,遺傳學基礎三大規(guī)律 分離規(guī)律 自由組合規(guī)律 連鎖與交換規(guī)律,第二章 孟德爾（Mendel) 定律,第一節(jié) 分離規(guī)律,分離現(xiàn)象：在F2 代中不僅出現(xiàn)顯性性狀，同時也出現(xiàn)隱性性狀，二者的分離比約為3：1,三 基因型、表現(xiàn)型,等位基因：同源染色體上位點相同、控制著同類相對性狀的基因 基因型（genotype)：生物體的遺傳組成 純合體：同源染色體的相同位點上基因的兩個成員完全一致，如CC、cc，真實遺傳。 雜合體：等位基因的兩個成員不一致，如Cc，后代性狀發(fā)生分離。 表現(xiàn)型（phenotype):生物個體表現(xiàn)出的性狀,實質(zhì)：雜種在形成配子時，成對遺傳因子發(fā)生分離，產(chǎn)生類型不同而數(shù)目相等的兩類配子,四 分離規(guī)律的驗證,測交法：把雜種或雜種后代與隱性純合親本交配，以測定雜種或其后代的基因型。 自交法：以F2植株自交產(chǎn)生F3植株，然后根據(jù)F3的性狀表現(xiàn)來證實所設想的F2基因型 花粉直接檢查法：玉米、水稻、高粱、谷子、黍等,第二節(jié) 自由組合規(guī)律 （獨立分配定律）（Law of independent assortment),一 自由組合的遺傳現(xiàn)象（對兩對和兩對以上相對性狀的遺傳 現(xiàn)象進行分析研究）,三 多對相對性狀的遺傳分析,四 自由組合定律的驗證,測交法 自交法,第三節(jié) 基因的相互作用,一 等位基因的相對效應 1. 等位基因間的相互作用 完全顯性： 不完全顯性：相對性狀雜交，雜種表現(xiàn)出雙親的中間性狀 超顯性：一對相對性狀純合的親本雜交，雜種 表現(xiàn)出超過雙親的性狀（正向、負向）（單基因雜合優(yōu)勢）,不完全顯性,等位基因的自主效應 鑲嵌顯性（定位作用，即某些基因只有在某些組織細胞里表現(xiàn)出定位的自主性狀）：當兩親本雜交，個別親本的特征，在F1同名器官的不同部位，分別表現(xiàn)出來。 共顯性：雜合子中一對基因都得以表現(xiàn),三 復等位基因的效應,復等位基因：同一位點上具有多個不同的等位形式的基因（等位基因個體，復等位基因群體),四 非等位基因的相互作用 基因互作：不同基因之間發(fā)生相互作用，共同決定新性狀的遺傳現(xiàn)象,互補作用： 累加作用 重疊作用 顯性上位 隱性上位 抑制作用,環(huán)境對基因表達的影響,表型模寫：基因型變化造成的性狀改變與環(huán)境變化造成的性狀變化相似,第三章 連鎖與交換規(guī)律,連鎖遺傳現(xiàn)象：原來為同一親本所具有的兩個性狀，在F2中常常有連系在一起遺傳的現(xiàn)象。 相引組：兩個顯性性狀連系在一起遺傳，兩個隱性性狀連系在一起遺傳的雜交組合 相斥組：一個顯性性狀和一個隱性性狀連系在一起遺傳，一個隱性性狀和一個顯性性狀連系在一起遺傳的雜交組合,第二節(jié) 連鎖遺傳的解釋和驗證,1910年Morgon(摩爾根）通過果蠅實驗確立了遺傳學的第三個基本規(guī)律連鎖遺傳，并創(chuàng)立了基因論基因在染色體上呈現(xiàn)直線排列的假說。,交換：雜合的F1在形成配子時，兩條同源染色體上的等位基因之間發(fā)生了交換(染色體內(nèi)重組） 交換發(fā)生的時間：發(fā)生在染色體復制和同源染色體聯(lián)會以后（在減數(shù)分裂前期I的粗線期） 交換發(fā)生的部位：同源染色體的非姊妹染色單體之間，表現(xiàn)為連鎖基因的重組,不完全連鎖：兩對基因位點間發(fā)生交換，F(xiàn)1除產(chǎn)生親本型配子外，還產(chǎn)生重組型配子。 完全連鎖：同一染色體上的基因構(gòu)成一個基因連鎖群，它們在遺傳的過程中不可能獨立分配，而是隨著這條染色體作為一個整體共同傳遞到子代中去；除親本類型外不出現(xiàn)新類型。,第三節(jié) 重組值和基因定位,一 、重組值：重新組合的配子數(shù)占總配子數(shù)的百分率 重新組合的配子數(shù) 重組值= *100% 總配子數(shù) 測交法 自交法,重組值,基因之間的距離,連鎖遺傳圖（遺傳學圖、染色體圖） ：存在于同一染色體上的基因，及其同源染色體上的基因，組成一個連鎖群。把一個連鎖群的各個基因之間的距離和順序標志出來，繪成連鎖遺傳圖 圖距：兩個基因在染色體圖上距離的數(shù)量單位 1cM（厘摩）=1%的重組值去掉%的數(shù)值,第四節(jié) 性別決定與伴性遺傳,性別決定 性染色體本身決定性別 性染色體的數(shù)目決定性別 染色體組的倍數(shù)決定性別,伴性遺傳：控制性狀的基因在性染色體上的遺傳方式 （遺傳的染色體學說的直接證據(jù)）,第四章 數(shù)量性狀的遺傳,質(zhì)量性狀：表現(xiàn)不連續(xù)變異的性狀 數(shù)量性狀：表現(xiàn)連續(xù)變異的性狀,第一節(jié) 數(shù)量性狀的遺傳方式和多基因假說,一 數(shù)量性狀的遺傳方式,數(shù)量性狀的特點,連續(xù)性 廣泛的變異 易受環(huán)境條件影響,二 多基因假說,數(shù)量性狀同時受多基因控制 每個基因?qū)π誀畹挠绊懯俏⑿〉?，等效的，其作用是累加?等位基因間的顯隱性關系通常不存在,它們的傳遞方式也遵循孟德爾式的基本遺傳規(guī)律。,三 基因的相互作用,加性作用 累加作用效應：等位基因或非等位基因之間無顯隱性關系，基因的作用是按一定的常數(shù)累加 倍加作用效應 非加性作用 顯性作用 部分顯性作用 超顯性作用 非等位基因之間的互作,第二節(jié) 遺傳力,表現(xiàn)型值（P）遺傳型值（G）環(huán)境值（E） VPVGVE VGVAVDVI VPVAVDVIVE,遺傳力（heritability）指親代傳遞某一遺傳特性給后代群體的能力,hB2=VG/Vp100% hN2基因加性方差/總方差100VA/VP100,第六章 染色體結(jié)構(gòu)變異,染色體結(jié)構(gòu)變異的種類,缺失 重復 倒位 易位,自發(fā)產(chǎn)生 誘變劑誘發(fā),第七章 染色體數(shù)目的變異,第一節(jié) 染色體組及其倍數(shù)的變異,染色體組：來自二倍體生物一個配子的全部染色體，染色體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和連鎖基因群都彼此不同，但它們構(gòu)成一個完整協(xié)調(diào)的最基本的體系，共同控制著生物體的生長、發(fā)育、遺傳和變異，缺少其中任何一個都造成不育或性狀變異。 染色體基數(shù)：一個染色體組內(nèi)含有的染色體數(shù)，用x表示。,染色體數(shù)目變異的種類,整倍體：體細胞內(nèi)含有完整的染色體組 二倍體：體細胞內(nèi)含有兩個完整的染色體組 多倍體：體細胞內(nèi)多于兩個完整的染色體組 同源多倍體：加倍的染色體組來自同一物種、或在原有染色體組的基礎上加倍而成 異源多倍體：增加的染色體組來自不同的種屬 單倍體：體細胞內(nèi)具有本物種配子染色體數(shù)目的個體 配子中染色體數(shù)常用n表示,非整倍體：染色體組內(nèi)的個別染色體數(shù)目有所增減，使細胞內(nèi)的染色體數(shù)目不成基數(shù)的完整倍數(shù) 單體：2n-1,某一對染色體缺少了一條 雙單體:2n-1-1，從兩對染色體中各缺少一條 缺體: 2n-2(1)，缺少了一對同源染色體 雙體：通常稱2n的正常個體為雙體 三體: 2n+1 雙三體: 2n+1+1 四體: 2n+2(1),第二節(jié) 整倍體的類別及遺傳表現(xiàn),特點：高度不育，植株矮小,一、單倍體,二、多倍體,多倍體；（形態(tài)、基因劑量） 同源多倍體（autopolyploids) 同源三倍體：高度不育 同源四倍體：部分不育 異源多倍體(allopolyploids) 物種演化的重要因素,第八章 基因突變,基因突變：染色體上某一基因位點發(fā)生了化學性質(zhì)的變化，從一種等位形式突變?yōu)榱硪环N等位形式的變化（點突變）,第一節(jié) 基因突變的時間和類型,時間 體細胞突變 保持分裂的細胞突變體區(qū)（可見的斑塊） 不再分裂的細胞 生殖細胞突變,第二節(jié) 突變的原因,自發(fā)突變：由環(huán)境條件的自然作用或生物體內(nèi)的生理和生化變化而發(fā)生的突變 DNA復制錯誤 自發(fā)的化學變化：脫嘌呤，脫氨基 誘發(fā)突變：人們有意識地用誘變因素（電離輻射、化學藥劑）處理而發(fā)生的突變,第三節(jié) 基因突變的特征,突變的稀有性： 突變的重演； 突變的可逆性 突變的多方向性和復等位基因： 突變的平行性： 突變的有害性和有利性,遺傳物質(zhì)的變異,突變 基因 染色體結(jié)構(gòu) 染色體畸變 染色體數(shù)目 重組：染色體的序列發(fā)生重排及新的組合（獨立分配、交換在后代中出現(xiàn)新的基因組合的過程）,第九章 細胞質(zhì)遺傳,第一節(jié) 細胞質(zhì)遺傳的特點,核遺傳（染色體遺傳）：核染色體上的基因決定的遺傳現(xiàn)象 核外遺傳（非染色體遺傳）：染色體以外的基因所決定的遺傳現(xiàn)象 細胞質(zhì)遺傳：細胞質(zhì)中固有成分中的基因控制或影響的性狀遺傳,一、細胞質(zhì)遺傳的特點,正交與反交結(jié)果雜種表現(xiàn)不一樣 雜種均表現(xiàn)母本的性狀特點 性狀不能通過父本傳遞,呈母系遺傳 雜種后代不表現(xiàn)Mendel式的分離 性狀為細胞質(zhì)基因所控制，并由細胞質(zhì)一代一代傳下去,第二節(jié) 植物雄性不育的遺傳,可遺傳的雄性不育,核不育型：核基因決定的，多由基因突變所引起。能為顯性基因所恢復，有性繁殖時不能保持這種不育性用于無性繁殖的植物。 細胞質(zhì)不育型：由細胞質(zhì)內(nèi)的基因所決定。后代總是不育以營養(yǎng)體為產(chǎn)品的植物中利用 核質(zhì)互作不育型：由細胞質(zhì)基因和核基因相互作用共同控制著不育性,核質(zhì)互作不育型： 不育系：細胞質(zhì)和核都帶有不育基因 S(rr) 保持系： S(rr)能被N(rr)所保持，在后代出現(xiàn)全部為不育的個體 恢復系：S(RR)或N(RR)具有使S(rr)的后代恢復育性的能力,第十章 遺傳物質(zhì)的分子基礎,第一節(jié) 核酸是遺傳物質(zhì),第二節(jié) 核酸的化學組成和雙螺旋模型,一 核酸的化學組成：核苷酸的多聚體 DNA: RNA:,脫氧核苷酸的組成,腺嘌呤,胸腺嘧啶,胞嘧啶,鳥嘌呤,二、 DNA與RNA的分子結(jié)構(gòu),Watson 和Crick提出雙螺旋的依據(jù),2. Chargaff:對DNA分子的化學分析 A+G=T+C（嘧啶核苷酸=嘌呤核苷酸） A=T，C=G 不同生物的DNA堿基組成有明顯的差異，表明具有物種的特異性，但沒有組織的特異性和不同發(fā)育階段的特異性,DNA雙螺旋模型的特點,DNA分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈組成，即兩條鏈的5和3方向相反 雙螺旋的直徑是2nm；螺距是3.4nm，每個螺旋有10個堿基對 糖-磷酸鍵是在雙螺旋的外側(cè)，兩條鏈上的堿基通過氫鍵形成堿基對，堿基對的平面與軸線垂直 堿基配對時，必須是一個嘌呤，一個嘧啶,三 DNA分子的物種特異性,四種堿基的比率（A+T/G+C) 排列順序,第三節(jié) DNA和RNA的復制,DNA半保留復制,DNA的復制,DNA復制的起始點有多個，同時復制（放射自顯影術(shù)所證實）； DNA的合成在一條模板鏈合成是連續(xù)的，而在另一條模板鏈上的合成是不連續(xù)，半不連續(xù)復制（岡崎片段）； DNA的復制需RNA做引物。,第四節(jié) 蛋白質(zhì)的合成,一 遺傳密碼,三聯(lián)體密碼（密碼子）：一個密碼子由三個連續(xù)的核苷酸組成,簡并：一個氨基酸由一個以上的三聯(lián)體密碼所決定的現(xiàn)象 遺傳密碼無逗號，不重迭 遺傳密碼通用性 密碼子有起始密碼子和終止密碼子,二 蛋白質(zhì)的合成,遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和RNA 翻譯,（一）轉(zhuǎn)錄（transcription),轉(zhuǎn)錄：基因表達時以DNA的一條鏈為模板合成RNA RNA聚合酶：催化合成RNA的酶（以DNA為模板，按5 3方向合成,信使RNA(message RNA-mRNA)：合成蛋白質(zhì)的模板，即mRNA的堿基序列，決定著蛋白質(zhì)裝配時氨基酸的序列 tRNA(transfer RNA)：轉(zhuǎn)運特異氨基酸的運載工具 rRNA(ribosomal RNA)：合成蛋白質(zhì)的裝置,轉(zhuǎn)錄:以DNA為模板，在依賴于DNA的RNA聚合酶的催化下，以4種rNTP（ATP、CTP、GTP、UTP）為原料，合成RNA的過程。,（二）翻譯：以mRNA為模板，在核糖體上合成蛋白質(zhì)的過程。,tRNA和氨基酸的結(jié)合 氨基酸的活化 氨基酰-tRNA的形成 肽鏈的合成（多肽鏈的起始、增長和終止）,蛋白質(zhì)的合成,起始：蛋白質(zhì)頭兩個氨基酸之間肽鍵形成的反應。起始復合物（核糖體+mRNA + 第一個氨基酰-tRNA）（通常決定mRNA翻譯的速率） 延伸：從合成第一個肽鏈到最后一個氨基酸的加入 終止：完整肽鏈的釋放，同時核糖體從mRNA上解離下來蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成過程,三、中心法則,闡明基因的自我復制和蛋白質(zhì)合成兩個基本屬性：遺傳信息由DNA傳向DNA，或由DNA傳向RNA，然后決定蛋白質(zhì)的特異性,DNA RNA PROTEIN 表型 代謝 生長 分化 發(fā)育,第五節(jié) 基因的概念,基因是編碼有功能產(chǎn)物的DNA片段 蛋白質(zhì) RNA（tRNA, rRNA) 負責編碼特定的遺傳信息的功能單位，其內(nèi)部又是可分的，包含多個突變和重組單位。,基因組：能維持配子或配子體正常功能的最低數(shù)目的一套染色體及包含的一整套基因。 斷裂基因(split gene)（割裂基因，不連續(xù)基因）：一個基因，往往由幾個互不相鄰的段落組成，它們被長達數(shù)百乃至數(shù)千個堿基對的插入序列所間隔?；蛑芯幋a的序列外顯子（exon),不編碼的間隔序列內(nèi)含子（intron) 重疊基因：同一段DNA序列上可得到不同的mRNA產(chǎn)物以編碼多種蛋白質(zhì)（僅在噬菌體和病毒中存在） 重復基因：短片段的重復序列 轉(zhuǎn)座子（transposon)（跳躍基因，jumping gene):能夠反復插入到基因組中好多位點的特殊DNA片段，它可以從基因組的一個位點轉(zhuǎn)移到另一位點。轉(zhuǎn)座以很低的頻率發(fā)生，而且插入是隨機的，引起基因表達的改變。,DNA結(jié)構(gòu)的突變 堿基替代突變：一個核苷酸被另一個核苷酸替換 轉(zhuǎn)換突變：一個嘌呤被一個嘌呤替換或一個嘧啶被另一個嘧啶替換 顛換突變：一個嘌呤被一個嘧啶替換或一個嘧啶被一個嘌呤替換 刪除突變 插入突變,對蛋白質(zhì)的影響 沉默突變：不改變編碼氨基酸的密碼子的變化（一般是第三位） 無義突變：編碼氨基酸的密碼子變成終止密碼子，導致氨基酸鏈在翻譯過程中過早終止 錯義突變：密碼子的變化導致一個不同的氨基酸的產(chǎn)生，改變了多肽鏈的一級結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)的功能 中性突變：密碼子的突變產(chǎn)生了一個不同的氨基酸，但新氨基酸與原來氨基酸的行為相似，不改變蛋白質(zhì)的功能 移碼突變：刪除或插入一個或幾個核苷酸（不是3或3的倍數(shù)）造成的閱讀框的移動，在其下游產(chǎn)生大量的無義或錯義密碼子,第十一章 群體的遺傳與進化,基因型頻率：群體中某特定基因型個體的數(shù)目，占個體總數(shù)目的比率（D,H,R),第一節(jié) 基因型頻率和基因頻率 （群體的遺傳結(jié)構(gòu)）,基因頻率（等位基因頻率）：某一座位上等位基因占該座位上等位基因總數(shù)的比率（p,q) 群體中某個座位的特定等位基因的拷貝數(shù) 基因頻率= 群體中該座位所有等位基因數(shù),繁殖如何影響群體的基因和基因型頻率,第二節(jié) 哈迪溫伯格(Hardy-Weinberg)法則,一個大的隨機交配群體中，沒有遷移、突變和選擇 （理想群體，沒有進化的壓力） 群體內(nèi)的基因頻率和基因型頻率在世代中達到平衡，而且保持不變。 不論親代的基因型如何，只要通過一代的隨機交配，這個群體就可以達到遺傳平衡 處于遺傳平衡群體，任何世代基因型頻率和基因頻率的關系D=p2, H=2pq, R=q2,第三節(jié) 影響Hardy-Weinberg平衡的因素,一、基因突變:潛在的改變?nèi)后w中等位基因頻率的力量,二、遷移或基因流：個體從一個群體遷入另一個群體或從一個群體遷出，然后參與交配繁殖，導致群體間的基因流動基因流,三、遺傳漂變：當群體不大時，由于抽樣的隨機誤差所造成的群體中基因頻率的隨機波動,四、選擇 自然選擇： 人工選擇：,適合度：（度量自然選擇的參數(shù)，基因型相對的繁殖能力）基因型能在一定環(huán)境下生存并將其基因傳給下一代的相對能力(某種基因型相對成活繁殖率）W。 W=1，產(chǎn)生最多后代的基因型 選擇系數(shù)：某一基因型在群體中不利于生存和繁殖的相對程度S,五、群體的遺傳結(jié)構(gòu)：群體中各種基因的頻率，以及由不同的交配體制帶來的各種基因型在數(shù)量上的分布（遺傳變異在群體之內(nèi)和之間的分布型以及在時間上的變化）,物種形成,物種(species)：個體間可能相互交配而產(chǎn)生可育后代的自然群體 物種形成方式 地理的物種形成（漸變式物種形成） 隔離機制：造成兩個或幾個親緣關系比較接近的類群之間不易交配或交配后