動(dòng)物染色體工程

1、關(guān)于動(dòng)物染色體工程第1頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四Animal Chromosome Engineering 認(rèn)識(shí)染色體與染色體組 什么是染色體工程 動(dòng)物染色體工程的主要內(nèi)容 染色體組工程 個(gè)別染色體工程 人工染色體第2頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四一、認(rèn)識(shí)染色體1. 染色體的組成與DNA、基因之間的關(guān)系2. 染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與分類3. 染色體DNA的3種功能元件4. 染色體組第3頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四1、真核細(xì)胞染色體的組成組蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4；非組蛋白：HMG、DNA結(jié)合蛋白D

2、NA：不重復(fù)序列；中度重復(fù)序列；高度重復(fù)序列少量的RNA；第4頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四2、染色體的主要結(jié)構(gòu)著絲粒(centromere)主縊痕(Primary constriction) 次縊痕(secondary constriction)動(dòng)粒(kinetochore)核仁組織區(qū)(nucleolar organizing region, NOR)隨體(satellite)端粒(telomere)根據(jù)著絲點(diǎn)的位置而定，可將中期染色體分為四種：中著絲粒染色體、亞中著絲粒染色體、端著絲粒染色體、近端著絲粒染色體。 第5頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)4

3、1分，星期四第6頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四染色體的超微結(jié)構(gòu)核小體是染色體包裝的基本單位；染色體包裝的螺線管模型：第7頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四核小體的結(jié)構(gòu) 每一個(gè)核小體核心包含有146bp DNA和8個(gè)組蛋白分子（2H2A，2H2B，2H3，2H4）；DNA在每個(gè)組蛋白核心外纏繞約2圈第8頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四染色體的串珠狀形式與螺線管結(jié)構(gòu)146bpDNA的核小體核心由54bp間隔DNA連成一條串珠狀結(jié)構(gòu)；核小體螺旋形纏繞形成螺線管結(jié)構(gòu)，每一周螺旋含6個(gè)核小體，因此，DNA長(zhǎng)度縮短了6倍。第9頁

4、，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四第10頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四從DNA到染色體的包裝壓縮DNA鏈 核小體 螺線管 染色單體 超螺旋壓縮比例：76405 = 8400（1：7）（1：6）（1：40）（1：5）第11頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四第12頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四DNA Packaging第13頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四Gene Expression第14頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四3、染色體DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

5、遺傳的功能序列ARS (autonomous replicating sequence)CEN (centromeric sequence) The centromere is a specialized region of the chromosome that plays a critical role in ensuring the correct distribution of duplicated chromosomes to daughter cells during mitosis TEL (telomeric sequence) The sequences at the end

6、s of eukaryotic chromosomes, called telomeres, play critical roles in chromosome replication and maintenance. 第15頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四DNA穩(wěn)定遺傳的三種功能位點(diǎn)第16頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四第17頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四4、染色體組 染色體組 染色體組型 染色體倍性體細(xì)胞中的一組非同源染色體，它們?cè)谛螒B(tài)和功能上各不相同，但是，攜帶著控制一種生物生長(zhǎng)發(fā)育、遺傳和變異的全部信息，這

7、樣的一組染色體，叫做一個(gè)染色體組。 染色體組型是指一個(gè)體細(xì)胞中全部染色體的數(shù)目、大小和形態(tài)特征。 染色體倍性是指細(xì)胞中包含的染色體組數(shù)或基數(shù)。 第18頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四Human mitotic chromosomes and karyotypeChromosome painting=multicolor FISH第19頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四染色體組用符號(hào)“X”表示 生物體的體細(xì)胞染色體數(shù)用2n表示，無論是二倍體還是多倍體，2n只表示體細(xì)胞的染色體數(shù)，并不表示其倍性如：玉米體細(xì)胞染色體數(shù)2n=20，普通小麥體細(xì)胞染色體

8、數(shù)2n=42，要正確表示倍性應(yīng)寫成：玉米2n=2X=20，普通小麥2n=6X=42。符號(hào)“n”和“X”的區(qū)別與聯(lián)系單倍體與一倍體含義相同嗎？第20頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四Animal Chromosome Engineering 認(rèn)識(shí)染色體與染色體組 什么是染色體工程 動(dòng)物染色體工程的主要內(nèi)容 染色體組工程 個(gè)別染色體工程 人工染色體第21頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四染色體工程: 是人們按照一定的設(shè)計(jì),有計(jì)劃地消減、添加或代換同種或異種染色體的技術(shù)。廣義上講它還包括染色體內(nèi)部的部分遺傳操作技術(shù)。二、什么是染色體工程第22頁，共72

9、頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四染色體數(shù)目變異整倍變化：多倍體：細(xì)胞中含有三個(gè)或更多染色體組的個(gè)體單倍體：細(xì)胞中含有正常體細(xì)胞的一半染色體數(shù)非整倍體變化：染色體減少：?jiǎn)误w（減1條）、缺體（減1對(duì)）染色體增加：三體（加1條）、四體（加1對(duì)）染色體代換：同種代換、異種代換第23頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四染色體數(shù)變異一是體細(xì)胞內(nèi)以染色體組為基數(shù)進(jìn)行的整倍性變化，以整倍體染色體數(shù)目變化產(chǎn)生的變異會(huì)產(chǎn)生多倍體和單倍體；另一種是染色體組內(nèi)的個(gè)別染色體數(shù)目有所增減，使細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)目不是基數(shù)的的完整倍數(shù)，因此被稱為非整倍體。第24頁，共72頁，2022年，5

10、月20日，14點(diǎn)41分，星期四染色體結(jié)構(gòu)變異易位：一個(gè)染色體上某一區(qū)段跟另一非同源染色體上的區(qū)段發(fā)生互換缺失：染色體的某一區(qū)段及帶有的基因一起丟失倒位：染色體上某一區(qū)段連同它帶有的基因順序發(fā)生180度倒轉(zhuǎn)重復(fù)：一個(gè)染色體上增加了相同的某個(gè)區(qū)段。第25頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四染色體結(jié)構(gòu)變異染色體易位：一個(gè)染色體上某一區(qū)段與另一非同源染色體上的區(qū)段發(fā)生互換。染色體缺失：染色體的某一區(qū)段及其帶有的基因一起丟失染色體倒位：染色體上某一區(qū)段連同它帶有的基因順序發(fā)生180度倒轉(zhuǎn)。染色體重復(fù)：一個(gè)染色體上增加了相同的某個(gè)區(qū)段。第26頁，共72頁，2022年，5月20日，14

11、點(diǎn)41分，星期四缺失：缺失一個(gè)片段。 重復(fù)：某一片斷重復(fù)出現(xiàn)。倒位：片段斷裂，倒轉(zhuǎn)180度，重新連接。易位：片段斷裂，移到另一條染色體臂上。第27頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四Animal Chromosome Engineering 認(rèn)識(shí)染色體與染色體組 什么是染色體工程 動(dòng)物染色體工程的主要內(nèi)容 染色體組工程 個(gè)別染色體工程 人工染色體第28頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四（一）動(dòng)物染色體倍性改造1、動(dòng)物的多倍體育種自然界中存在多倍體動(dòng)物嗎？人工誘導(dǎo)多倍體有什么意義？誘導(dǎo)方法倍性鑒定2、動(dòng)物的單倍體育種后代是單倍體嗎？第29頁，共72頁

12、，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四1、人工誘導(dǎo)多倍體 人工誘導(dǎo)多倍體的意義 人工誘導(dǎo)多倍體的途徑 人工誘導(dǎo)多倍體的方法 多倍體性鑒定方法第30頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四（1）人工誘導(dǎo)多倍體的意義多倍體(polyploidy): 多倍體動(dòng)物如兩棲類、魚類、貝類都具有良好的生存力和生長(zhǎng)率水產(chǎn)養(yǎng)殖增強(qiáng)抗病能力、提高生長(zhǎng)速度第31頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四第32頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四特點(diǎn)多倍體與二倍體相比，最顯著的特點(diǎn)是形態(tài)上的巨大性。糖類、蛋白質(zhì)及其它產(chǎn)物的含量也有所提高。由于多倍體動(dòng)物具

13、有生長(zhǎng)速度快、成活率高及抗病能力強(qiáng)等特點(diǎn)，所以可通過人工誘導(dǎo)多倍體來改善生物的經(jīng)濟(jì)性狀。第33頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四（2）人工誘導(dǎo)多倍體的途徑其一：原種或雜種所形成染色體未減數(shù)的配子受精而產(chǎn)生的。 （自然形成途徑） 其二：原種或雜種的合子或體細(xì)胞染色體數(shù)目加倍而成的。 （人工誘導(dǎo)途徑）第34頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四（3）人工誘導(dǎo)多倍體的方法 生物學(xué)方法 物理學(xué)方法 化學(xué)方法第35頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四 生物學(xué)方法動(dòng)物通過雜交方法尤其是種間雜交獲得異源多倍體。種間雜交導(dǎo)致第二極體不排出。草魚

14、 三角魴 (2n=48) ( 2n =48) 草魴雜種(3n=72) 第36頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四第37頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四 Assembly of microtubules Assembly in vitro影響微管穩(wěn)定的因素第38頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四物理學(xué)方法（1）A、 溫度休克法原理：引起細(xì)胞內(nèi)酶構(gòu)型的變化，不利于酶促反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致細(xì)胞分裂時(shí)形成紡綞絲所需的ATP供應(yīng)受阻。抑制第二極體的釋放，誘導(dǎo)三倍體或四倍體方法：冷休克法（0-5）和熱休克法（30左右）特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，成本

15、低廉，對(duì)胚胎發(fā)育影響小，有利于養(yǎng)殖場(chǎng)大規(guī)模生產(chǎn)使用適用：冷水魚類應(yīng)用熱休克法，溫水性魚類用冷休克效果較好關(guān)鍵：成功阻止第二次成熟分裂和第二極體的排出第39頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四 物理學(xué)方法（2）B、水靜壓法原理：抑制第二極體的排出或第一次卵裂方法：65kg/cm2特點(diǎn)：誘導(dǎo)率高（90以上），處理時(shí)間短，對(duì)受精卵損傷小，成活率高。該法需要專門的設(shè)備水壓機(jī)，成本較高，不適于大規(guī)模生產(chǎn)。第40頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四 化學(xué)方法A. 細(xì)胞松馳素B(cytochalasin)：能抑制肌動(dòng)蛋白聚合成微絲，從而抑制細(xì)胞質(zhì)分裂，使用最早、最

16、廣泛，其誘導(dǎo)效果也最突出。B. 秋水仙素(colchicine)：阻止細(xì)胞分裂過程中的紡綞體的形成。C. 其他：咖啡因、6-DMAP、聚乙二醇 特點(diǎn)：化學(xué)藥物價(jià)格昂貴，有毒性第41頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四例：多倍體魚類生產(chǎn)三倍體魚類：阻止第二極體的排出直接生產(chǎn)三倍體四倍體個(gè)體與二倍體正常個(gè)體雜交四倍體魚類生產(chǎn)：阻止受精卵的第一次卵裂第42頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四（4）多倍體性鑒定方法 核體積測(cè)量：用紅血球、腦細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、網(wǎng)膜細(xì)胞、上皮細(xì)胞、肝細(xì)胞、腎細(xì)胞。 蛋白質(zhì)電泳：如血清蛋白電泳。 生化分析：如肌肉與血液的化學(xué)組成。

17、染色體計(jì)數(shù)：用胚胎細(xì)胞染色體，魚類再生鰭或淋巴細(xì)胞培養(yǎng)的染色體標(biāo)本等 DNA含量測(cè)定：用流式細(xì)胞儀測(cè)定第43頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四流式細(xì)胞儀 Flow CytometryFlow cytometry uses an electronic instrument that passes particles or cells one by one through a laser and past sensors that measure physical and chemical characteristics of those particles or cell

18、s.第44頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四例：多倍體魚類生產(chǎn)三倍體魚類：阻止第二極體的排出直接生產(chǎn)三倍體四倍體個(gè)體與二倍體正常個(gè)體雜交四倍體魚類生產(chǎn)：阻止受精卵的第一次卵裂第45頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四2、動(dòng)物雌雄核發(fā)育 單倍體育種雌核發(fā)育：精子雖然正常地鉆入和激活卵子，但精子的細(xì)胞核并未參與卵球的發(fā)育，精子的染色體很快消失，胚胎的發(fā)育僅在母體遺傳控制下進(jìn)行雄核發(fā)育：因經(jīng)過紫外線、X射線和射線處理的卵子與正常的精子受精，再在適當(dāng)時(shí)間施以冷、熱或高壓等物理處理，使進(jìn)入卵子內(nèi)的精精子染色體加倍，而發(fā)育為完全為父本性狀的二倍體第46頁，共7

19、2頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四（1）人工誘導(dǎo)雌核發(fā)育的方法精子遺傳物質(zhì)的失活（假受精）輻射處理：射線（通常用60Co或173Cs)，X射線和紫外線化學(xué)處理：甲苯胺藍(lán)、乙烯尿素和二甲基硫酸等顯微手術(shù)法：直接除去受精卵中的雄原核。細(xì)胞分裂的阻止（抑制第二極體排出，發(fā)育成二倍體）溫度休克法：冷休克、熱休克流體靜水壓作用：化學(xué)制劑處理：細(xì)胞松馳素B、聚乙二醇第47頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四“無父之鼠”第48頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四第49頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四 繼2004年4月英國自

20、然雜志發(fā)表有關(guān)“沒有父親的小鼠誕生”的研究后，5月，同樣是自然雜志又發(fā)表了一個(gè)針鋒相對(duì)的研究成果。美國密執(zhí)安州立韋恩大學(xué)的斯蒂芬克拉維茨等人的研究證明，過去男性在生殖和遺傳中的作用，被人們大大低估了，以前的研究認(rèn)為男性只是在生育中貢獻(xiàn)了自己的DNA。然而事實(shí)上，男性的精子不僅使作為高級(jí)哺乳動(dòng)物的人類代代相傳、繁衍生息，而且還把男性特有的染色體(DNA)信息和信使RNA(tRNA)傳遞給后代，而tRNA絕對(duì)不是可有可無的，它是幫助胚胎產(chǎn)生、發(fā)育、正常生長(zhǎng)，最終長(zhǎng)成胎兒的重要物質(zhì)。第50頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四 雌核發(fā)育的鑒別鑒別雌核發(fā)育的個(gè)體，通常以顏色、形態(tài)和

21、生化等方面的指標(biāo)為根據(jù)。第51頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四 雌核發(fā)育的意義雌核發(fā)育具有產(chǎn)生單性種群的能力迅速地產(chǎn)生同源型二倍體克隆可通過克隆自交，即以激素致使性逆轉(zhuǎn)為雄性，再與同胞姐妹交配，獲得強(qiáng)壯的純系同型配子二倍體，然后籍助于雌核發(fā)育，產(chǎn)生新的純系來篩選除去有害的等位基因，以改良近新繁殖系第52頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四（2）人工誘導(dǎo)雄核發(fā)育的方法輻射處理：射線（通常用60Co或173Cs)，X射線和紫外線 卵子遺傳物質(zhì)的失活，與正常精子受精，再在適當(dāng)時(shí)間以冷、熱或高壓等處理，使進(jìn)入卵子內(nèi)的精子染色體加倍，而發(fā)育成為完全父本性狀

22、的二倍體。第53頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四染色體非整倍體變化 個(gè)別染色體的削減和添加 染色體代換多見于植物染色體工程（見教材235頁）第54頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四（二）動(dòng)物染色體結(jié)構(gòu)的改造（p161）第55頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四第56頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四 人工染色體(artificial chromosome) 人工構(gòu)建的含有穩(wěn)定染色體的天然結(jié)構(gòu)序列，即ARS、CEN、TEL序列的微小染色體，可以象天然染色體一樣在寄主細(xì)胞中穩(wěn)定復(fù)制和遺傳，稱為人工染色體

23、。（三）人工染色體第57頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四 大片段DNA克隆載體 人類和哺乳動(dòng)物的基因組很大，甚至許多單個(gè)基因也相當(dāng)大（如：DMD gene 2300kb） ，克隆分析就需要更大的基因載體。如近年來構(gòu)建的一些載體：BAC，YAC等。第58頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四1、Yeast artificial chromosome 第59頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四第60頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四 分（離目的基因） 切（割目的基因和載體） 接（連目的基因和載體） 轉(zhuǎn)（化宿主細(xì)胞） 篩（選陽性克?。?表（達(dá)目的基因）基本模式第61頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四 目的基因基因載體重組體分切接轉(zhuǎn)篩表總體技術(shù)路線第62頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四Essential Cloning Steps第63頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四Yeast Artificial Chromosome (YAC)構(gòu)建基因組文庫克隆文庫 （核酸探針）表達(dá)文庫 （免疫探針）第64頁，共72頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)41分，星期四第65頁，共72頁，2022年，5月2