第三章-染色體工程與植物育種課件

第三章染色體工程與植物育種

第三章染色體工程與植物育種1植物染色體工程的用途十分廣泛，主要用在基因定位和異源基因的導(dǎo)入。我國(guó)自80年代開始進(jìn)行染色體工程育種研究，經(jīng)過(guò)“六五”和“七五”協(xié)作攻關(guān)，在小麥染色體工程育種方面有較大進(jìn)展，創(chuàng)制了小麥與黑麥(Secalecereals)、山羊草(Aegilopstauschii)、簇毛麥(Haynaldiavillosa)、大麥(Hodeumvulgare)、類麥(Thinopyrum)等近緣種、屬的雙二倍體，轉(zhuǎn)育了不同生態(tài)型的小麥單體系統(tǒng)和缺體系統(tǒng)，選育出了多種異附加系、異代換系和易位系。這是一批十分有用的染色體工程基礎(chǔ)材料，是選育小麥良種的寶貴資源。

植物染色體工程的用途十分廣泛，主要用在基因定位和異源基因的導(dǎo)2本章內(nèi)容提要第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容第二節(jié)染色體組水平的操縱技術(shù)第三節(jié)染色體水平的細(xì)胞遺傳學(xué)操縱第四節(jié)染色體片段的細(xì)胞遺傳學(xué)操縱第五節(jié)染色體微切割和人工染色體第六節(jié)染色體工程和作物育種本章內(nèi)容提要第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容3第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容

一、概念二、親緣關(guān)系遠(yuǎn)近與遺傳操作策略三、染色體的操縱的三個(gè)水平第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容一、概念4一、染色體工程概念該術(shù)語(yǔ)最早由里克（Rick）和庫(kù)升（Khush）于1966年在論述番茄單體、三體和缺體時(shí)提出的。染色體工程：按照人們預(yù)定目標(biāo)，采用一定的方法和步驟，通過(guò)染色體操縱改變生物染色體組，并進(jìn)而改變其遺傳性的過(guò)程?！惻宥热旧w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，從而達(dá)到定向改變遺傳性和選育新品種的一種技術(shù)?！钪居氯旧w工程：指某一種植物的染色體或染色體片段按照人們的意愿進(jìn)行添加、消減、代換或易位，從而達(dá)到定向改變植物遺傳性的一項(xiàng)技術(shù)?！愐h一、染色體工程概念該術(shù)語(yǔ)最早由里克（Rick）和庫(kù)升（Khu5陳佩度本課教材編者陳佩度6狹義和廣義染色體工程：狹義：指人工分離染色體或染色體片段，導(dǎo)入受體原生質(zhì)體，再經(jīng)過(guò)原生質(zhì)體培養(yǎng)再生細(xì)胞壁、愈傷組織，直至再生出完整植株的過(guò)程。廣義的還應(yīng)包括應(yīng)用細(xì)胞遺傳學(xué)技術(shù)通過(guò)有性雜交和回交、細(xì)胞組織培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交等方法，按預(yù)定目標(biāo)有計(jì)劃有步驟地轉(zhuǎn)移染色體組、染色體或染色體片段。注：導(dǎo)入的染色體必須是有活力的，導(dǎo)入原生質(zhì)后，又涉及到如何與受體染色體“共處”或“重組”問(wèn)題。染色體工程在培育抗病新品種上有重要意義，而且是基因定位和染色體轉(zhuǎn)移等基礎(chǔ)研究的有效手段。狹義和廣義染色體工程：7染色體組：生物體內(nèi)維持生命活動(dòng)所必須的一套非同源染色體（用x表示），它是遺傳的生命單位。部分同源群：分別處于不同染色體組中，最早可能由同一條染色體演化而成的，具有不同程度同源關(guān)系的染色體互稱為部分同源染色體并共同組成一個(gè)部分同源群。它們具有基本相似的核苷酸組成和排列次序，相互之間具有一定的補(bǔ)償性。染色體組和部分同源群染色體組：生物體內(nèi)維持生命活動(dòng)所必須的一套非同源染色體（用x8二、親緣關(guān)系遠(yuǎn)近與遺傳操作策略

1、含有同源染色體組物種間的遺傳操縱特點(diǎn)：有性雜交容易成功，F(xiàn)1雌雄配子的育性較好策略：采用一般的有性雜交技術(shù)，如果雙親間遺傳性狀差異大，要加大雜種群體、增加選擇代數(shù)、或輔以花藥花粉培養(yǎng)等技術(shù)誘導(dǎo)單倍體，然后加倍，加速形成純合體。二、親緣關(guān)系遠(yuǎn)近與遺傳操作策略1、含有同源染色體組物種間的92、含有部分同源染色體組物種間的遺傳操縱特點(diǎn)：沒(méi)有相同的染色體組，但具有部分同源關(guān)系，有性雜交有難度，雜種后代雙親染色體間很少或基本不配對(duì)。策略：通過(guò)回交，育成異附加系或異代換系；通過(guò)操縱染色體配對(duì)控制體系（如小麥5B），可促進(jìn)具有部分同源關(guān)系的染色體間配對(duì)，發(fā)生交換和重組；也可以通過(guò)理化因子或生物因子（如小麥近緣種中的殺配子基因）誘導(dǎo)染色體斷裂、重接，產(chǎn)生易位。2、含有部分同源染色體組物種間的遺傳操縱特點(diǎn)：沒(méi)有相同的染色103、無(wú)同源染色體組物種間的遺傳操縱特點(diǎn)：無(wú)同源性，有性雜交極其困難，或至今得不到有性雜種。策略：采用體細(xì)胞雜交技術(shù)獲得體細(xì)胞雜種。3、無(wú)同源染色體組物種間的遺傳操縱特點(diǎn)：無(wú)同源性，有性雜交極11三、染色體的操縱的三個(gè)水平

1、染色體組操縱：添加或消減同種或異種染色體組，合成雙二倍體或部分雙二倍體，或者創(chuàng)造單倍體。2、染色體操縱：整條染色體的附加、消除、代換，導(dǎo)入的染色體要有完整的著絲粒和端粒，以保持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和進(jìn)行正常的復(fù)制分裂。三、染色體的操縱的三個(gè)水平1、染色體組操縱：添加或消減同種123、染色體片段操縱：指染色體片段的轉(zhuǎn)移→易位、添加或消除。需要經(jīng)過(guò)染色體斷裂和重接，新形成的染色體具有且只具有一個(gè)著絲粒，而且染色體兩端形成完好端粒。在育種中，不僅要求整組染色體、整條染色體或染色體片段的操縱成功，還要求經(jīng)操縱后的個(gè)體在細(xì)胞遺傳學(xué)上的穩(wěn)定性，在遺傳組成和形態(tài)特性上比原有親本更加優(yōu)良。3、染色體片段操縱：指染色體片段的轉(zhuǎn)移→易位、添加或消除。需13第二節(jié)染色體組水平的操縱技術(shù)

一、遠(yuǎn)緣雜交障礙及克服途徑二、染色體組的消減：即單倍體產(chǎn)生和二倍體化三、染色體組的添加——異源多倍體、同源多倍體等第二節(jié)染色體組水平的操縱技術(shù)一、遠(yuǎn)緣雜交障礙及克服途徑14一、遠(yuǎn)緣雜交障礙及克服途徑障礙：花粉萌發(fā)不好、花粉管伸長(zhǎng)緩慢、雄配子不能順利通過(guò)珠孔進(jìn)入胚囊殼完成受精、遠(yuǎn)緣雜種的某親本的染色體全部或部分消失、雜種滅亡和雜種不育?？朔緩剑菏褂檬Щ畹哪副净ǚ?、生長(zhǎng)素類物質(zhì)（2，4—D）或利用可交配基因和橋梁親本，采取幼胚拯救和染色體加倍等措施。一、遠(yuǎn)緣雜交障礙及克服途徑障礙：花粉萌發(fā)不好、花粉管伸長(zhǎng)緩慢15二、染色體組的消減：即單倍體產(chǎn)生和二倍體化

1、單倍體：含有配子染色體數(shù)目的孢子體單倍體包括：（1）整倍體單倍體：一倍體、多倍單倍體（同源多倍單倍體、異源多倍單倍體）（2）非整倍體單倍體：二體單倍體（n+1）、附加單倍體（n+1′）、缺體單倍體（n-1）、置換單倍體（n-1+1′）二、染色體組的消減：即單倍體產(chǎn)生和二倍體化1、單倍體：含有162、單倍體的產(chǎn)生①自然產(chǎn)生：雙生苗（多胚現(xiàn)象）、半配合（精、卵各自分裂→嵌合體）②誘發(fā)產(chǎn)生：遠(yuǎn)源雜交蒙導(dǎo)、延遲授粉、單倍體的誘發(fā)基因（大麥中的hap基因）和核質(zhì)互作、利用合子發(fā)育過(guò)程中染色體消減，以及花藥、花粉核未授粉的子房、胚珠培養(yǎng)等。3、二倍體化可自然加倍，但頻率很低，一般需要人工加倍。目前最常用的方法是用秋水仙素處理在細(xì)胞分裂時(shí)期的分生組織，使其新生器官的染色體加倍。2、單倍體的產(chǎn)生174、單倍體在育種上的應(yīng)用（1）提高選擇效率，加速育種進(jìn)程，因?yàn)閱伪扼w的基因型核表現(xiàn)型是一致的，對(duì)于隱性基因控制的性狀特別有效，常規(guī)雜交育種需要8～10年，而單倍體育種只須一個(gè)世代即可得到純合二倍體。（2）加速純系的獲得，尤其對(duì)于玉米等異花授粉作物雜種優(yōu)勢(shì)利用來(lái)說(shuō)具有特別重要意義。4、單倍體在育種上的應(yīng)用18（3）利用花粉植株進(jìn)行異源染色體或基因的轉(zhuǎn)移，例如：小黑麥（AABBRR）×小麥（AABBDD）→F1（AABBRD）→R、D兩組單體在減數(shù)分裂過(guò)程中將以0～7的各種可能出現(xiàn)于子細(xì)胞中。通過(guò)花粉培養(yǎng)可得到類型豐富的花粉植株，這些植株在遺傳育種中具有重要的研究利用價(jià)值。（4）利用單倍體進(jìn)行突變體的選擇，由于單倍體沒(méi)有顯隱性關(guān)系，所以無(wú)論是培養(yǎng)過(guò)程中引起的體細(xì)胞變異還是在人工誘導(dǎo)產(chǎn)生的突變體，特別是隱性突變體，均可以有效地表現(xiàn)出來(lái)。（3）利用花粉植株進(jìn)行異源染色體或基因的轉(zhuǎn)移，例如：小黑麥（195、單倍體育種的不足（1）基因重組的機(jī)會(huì)只有一次，缺少常規(guī)雜交育種各個(gè)分離世代的基因交換與重組的機(jī)會(huì)，后代不能積累更多的優(yōu)良基因。（2）單倍體誘導(dǎo)技術(shù)還不是很完善，花培出愈率和綠苗率均較低，單倍體群體小，很多優(yōu)良基因可能被淘汰。5、單倍體育種的不足20三、染色體組的添加——異源多倍體、同源多倍體等

染色體組的添加可以自然發(fā)生，也可以人工誘導(dǎo)合成1、異源多倍體：在正常二倍體染色體組的基礎(chǔ)上添加一個(gè)至多個(gè)異種染色體組的個(gè)體。如：小麥、燕麥、棉花等典型的例子是普通小麥和小黑麥三、染色體組的添加——異源多倍體、同源多倍體等染色體組的添21一粒小麥（AA）2n＝14×？（BB）AB染色體自然加倍二粒小麥（AABB）2n＝28×節(jié)節(jié)麥（DD）2n＝14ABD染色體自然加倍普通小麥（AABBDD）2n＝42一粒小麥（AA）2n＝14×？（BB）AB染色22普通小麥AABBDD×黑麥RRABDR（不育）染色體加倍AABBDDRR八倍體小黑麥普通小麥AABBDD×黑麥RRABDR（不育）染色體加倍23硬粒小麥（AABB）×黑麥（RR）ABR（不育）染色體加倍AABBRR（六倍體小黑麥）硬粒小麥（AABB）×黑麥（RR）ABR（不育）染色體加242、同源多倍體：在正常二倍體的染色體基礎(chǔ)上添加一個(gè)至多個(gè)同種染色體組的個(gè)體。如：馬鈴薯等同源多倍體在有利基因劑量效應(yīng)對(duì)植株的生長(zhǎng)量和某些生物產(chǎn)物有促進(jìn)作用。如三倍體甜菜、橡膠、香蕉、西瓜、草莓等。典型例子：三倍體無(wú)籽西瓜3、同源異源多倍體（如AAAAGG）是介于同源多倍體和異源多倍體之間的過(guò)渡類型。2、同源多倍體：在正常二倍體的染色體基礎(chǔ)上添加一個(gè)至多個(gè)同種25典型例子：三倍體無(wú)籽西瓜二倍體西瓜（BB2n＝2x＝22）0.2%秋水仙素處理生長(zhǎng)點(diǎn)四倍體西瓜（BBBB）♀×二倍體西瓜♂三倍體西瓜（BBB）（*不育，不結(jié)籽，在外界花粉刺激下可結(jié)實(shí)）典型例子：三倍體無(wú)籽西瓜二倍體西瓜（BB2n＝2x＝226第三章_染色體工程與植物育種課件27第三節(jié)染色體水平的細(xì)胞遺傳學(xué)操縱

一、染色體的消減二、染色體的添加三、染色體的代換第三節(jié)染色體水平的細(xì)胞遺傳學(xué)操縱一、染色體的消減28一、染色體的消減

從正常細(xì)胞中去掉一條染色體，染色體數(shù)變?yōu)椋?n-1），叫做單體；去掉一對(duì)同源染色體，則叫缺體（2n-2）；如果去掉的是兩條非同源染色體則稱為雙單體（2n-1-1）。除了消減正常的整條染色體外，還可以消減染色體的某一個(gè)臂，稱為端體。單體在遺傳上不穩(wěn)定，自交后可分離出正常的二體、單體和缺體三種類型，除缺體外，多數(shù)單體和二體在外部形態(tài)上十分相似，直觀上很難區(qū)分，必須進(jìn)行細(xì)胞學(xué)觀察，才能把單體植株挑選出來(lái)。因此，單體植株的保存很困難。一、染色體的消減從正常細(xì)胞中去掉一條染色體，染色體數(shù)變?yōu)椋?9第三章_染色體工程與植物育種課件30以小偃6號(hào)1D單體（含14＋15）作為受體與含有5＋10優(yōu)質(zhì)亞基的品種雜交，進(jìn)行優(yōu)質(zhì)亞基聚合的染色體工程法。以小偃6號(hào)1D單體（含14＋15）作為受體與含有5＋10優(yōu)質(zhì)312D單體小麥與遺4212雜交F1出現(xiàn)的單價(jià)體2D單體小麥與遺4212雜交F1出現(xiàn)的單價(jià)體32箭頭示雙單體箭頭示雙單體334D缺體小麥PMC減數(shù)分裂MI2n=20Ⅱ八倍體小堰麥PMC減數(shù)分裂MI2n=28Ⅱ雜種F1根尖染色體2n=484D缺體小麥PMC減數(shù)分裂MI2n=20Ⅱ八倍體小堰麥PM34簇毛麥6VS端體：a,T240-6-1(2n=41+t);b,T240-6-1(2n=41+2t)

簇毛麥6VS端體：a,T240-6-1(2n=41+t);35第三章_染色體工程與植物育種課件36在染色體工程上，常用單體植物系統(tǒng)和缺體植物系統(tǒng)，它們是染色體工程和基因定位的重要材料。例如，已知某植物的某對(duì)性狀是由A和a一對(duì)基因控制的，而且已獲得該植物的所有單體或缺體，用單體法或缺體法確定A（a）基因所在的染色體。1、單體法2、缺體法單體、缺體在基因定位上的應(yīng)用在染色體工程上，常用單體植物系統(tǒng)和缺體植物系統(tǒng)，它們是染色體371、單體法（1）若測(cè)定的二體植株的基因是隱性純合時(shí)，則單體系列為顯性。1、單體法38Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×A表現(xiàn)型單體（n-1）Ⅱ+ⅠA

G（n-1）Ⅰ+Ⅰa（n-1）Ⅰ（n-1）Ⅰ+ⅠA

F1（n-1）Ⅱ+Ⅰa（n-1）Ⅱ+ⅡAa

所有單體為a表現(xiàn)型所有二體為A表現(xiàn)型

①若待測(cè)基因在某單體染色體上時(shí)，則aa基因型雙體（2n）與A表現(xiàn)型的該染色體的單體（2n-1）雜交后，F(xiàn)1代表現(xiàn)型為：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×39②若待測(cè)基因不在某單體染色體上時(shí)，則F1表現(xiàn)型為：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱaa+Ⅱ×A表現(xiàn)型單體（n-1）ⅡAA+ⅠG（n-1）Ⅰa+Ⅰ（n-1）ⅠA（n-1）ⅠA+ⅠF1（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）ⅡAa+Ⅱ無(wú)論單體還是二體，均為A表現(xiàn)型

②若待測(cè)基因不在某單體染色體上時(shí)，則F1表現(xiàn)型為：Pa表40（2）若測(cè)定的基因?yàn)轱@性純合時(shí)，則單體材料為隱性。

①若待測(cè)基因在某單體染色體上時(shí)，則AA基因型二體（2n）與a基因型的該染色體單體（2n-1）雜交后，F(xiàn)2代的分離情況為：

（2）若測(cè)定的基因?yàn)轱@性純合時(shí)，則單體材料為隱性。①若待測(cè)41PA表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+ⅡAA×a表現(xiàn)型單體（n-1）Ⅱ+ⅠaG（n-1）Ⅰ+ⅠA（n-1）Ⅰ（n-1）Ⅰ+ⅠaF1（n-1）Ⅱ+ⅠA（n-1）Ⅱ+ⅡAa

F2（n-1）Ⅱ+ⅡAA（n-1）Ⅱ+ⅡAA（n-1）Ⅱ+ⅠA（n-1）Ⅱ+ⅡAa（n-1）Ⅱ（n-1）Ⅱ+Ⅱaa因缺體的生活力較弱，占很少一部分幾乎全部為顯性性狀顯隱性比例為3︰1自交

自交PA表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+ⅡAA×a表現(xiàn)型42②若待測(cè)基因不在某單體染色體上，則F2分離情況為：PA表現(xiàn)型二體（n-1）ⅡAA+Ⅱ×a表現(xiàn)型單體（n-1）Ⅱaa+ⅠG（n-1）ⅠA+Ⅰ（n-1）Ⅰa（n-1）Ⅰa+ⅠF1（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）Ⅱ+ⅡAa

自交自交F2（n-1）ⅡAA+Ⅱ（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）Ⅱaa+Ⅱ（n-1）ⅡAA+Ⅰ（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）Ⅱaa+Ⅰ（n-1）ⅡAA

（n-1）ⅡAa（n-1）Ⅱaa

顯隱性比例為3︰1

（n-1）ⅡAA+Ⅱ（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）Ⅱaa+Ⅱ顯隱性比例為3︰1②若待測(cè)基因不在某單體染色體上，則F2分離情況為：PA43Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×缺體（n-1）ⅡF1（n-1）Ⅱ+Ⅰa

全部為a表現(xiàn)型的單體

自交F2（n-1）Ⅱ+Ⅱaa（n-1）Ⅱ+Ⅰa（n-1）Ⅱ2、缺體法（1）若待測(cè)定的是隱性基因a，則用顯性缺體系統(tǒng)①若待測(cè)基因a在缺體染色體上，則：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×缺44②若待測(cè)基因a不在缺體染色體上，則：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱaa+Ⅱ×缺體（n-1）ⅡAA

F1（n-1）ⅡAa+Ⅰ全部為A表現(xiàn)型的單體F2（n-1）ⅡAA+Ⅱ（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）Ⅱaa+Ⅱ（n-1）ⅡAA+Ⅰ（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）Ⅱaa+Ⅰ（n-1）ⅡAA（n-1）ⅡAa（n-1）Ⅱaa

顯隱性比例為3︰1

自交②若待測(cè)基因a不在缺體染色體上，則：Pa表現(xiàn)型二體（n45（2）若測(cè)定的是顯性基因A，則用隱性缺體系統(tǒng)①若待測(cè)基因A在缺體染色體上，則：PA表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+ⅡAA×缺體（n-1）ⅡF1（n-1）Ⅱ+ⅠAF2（n-1）Ⅱ+ⅡAA

（n-1）Ⅱ+ⅠA（n-1）Ⅱ缺體很少，幾乎全是顯性

自交

（2）若測(cè)定的是顯性基因A，則用隱性缺體系統(tǒng)PA表現(xiàn)型二46②若待測(cè)基因A不在缺體染色體上，則：PA表現(xiàn)型二體（n-1）ⅡAA+Ⅱ×缺體（n-1）Ⅱaa

F1（n-1）ⅡAa+ⅠF2（n-1）ⅡAA+Ⅱ（n-1）ⅡAA+Ⅰ（n-1）ⅡAA

（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）ⅡAA+Ⅰ（n-1）ⅡAa（n-1）Ⅱaa+Ⅱ（n-1）Ⅱaa+Ⅰ（n-1）Ⅱaa

無(wú)論單體、缺體、二體，顯隱性比例均為3︰1自交②若待測(cè)基因A不在缺體染色體上，則：PA表現(xiàn)型二體（47除了用單、缺體進(jìn)行基因定位外，端體也是進(jìn)行基因定位的好材料，端體分析法基因定位，不僅能將基因定位在特定的染色體上，而且能定位在特定染色體的某一個(gè)臂上。（但較復(fù)雜）除了用單、缺體進(jìn)行基因定位外，端體也是進(jìn)行基因定位的好材料，48二、染色體的添加

一個(gè)種的染色體組經(jīng)過(guò)雜交或其它方法導(dǎo)入同種或異種染色體叫染色體的添加。1、同種染色體的添加：在原來(lái)正常染色體數(shù)的基礎(chǔ)上添加了一條或一對(duì)同種染色體（1）三體：指同源染色體為三條的個(gè)體,三體作為遺傳工程的基礎(chǔ)材料在理論和實(shí)踐上都有重要的意義，可用來(lái)進(jìn)行基因定位，并在育種實(shí)踐中發(fā)揮作用。二、染色體的添加一個(gè)種的染色體組經(jīng)過(guò)雜交或其它方法導(dǎo)入同種49結(jié)球甘藍(lán)1號(hào)和4號(hào)染色體三體核型結(jié)球甘藍(lán)1號(hào)和4號(hào)染色體三體核型50菜薹7號(hào)染色體三體菜薹7號(hào)染色體三體51陸地棉三體PMC：25Ⅱ+3Ⅰ陸地棉三體PMC：25Ⅱ+3Ⅰ52①基因定位，例如若待測(cè)隱性基因a在三體染色體上，則：Pa突變純合二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×三體（n-1）Ⅱ+ⅢAAA

G（n-1）Ⅰ+Ⅰa（n-1）Ⅰ+ⅠA（n-1）Ⅰ+ⅡAA

F1（n-1）Ⅱ+ⅡAa（n-1）Ⅱ+ⅢAAa

自交自交F2顯隱性比例為3︰1顯隱性比例為35︰1

①基因定位，例如Pa突變純合二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa53若待測(cè)隱性基因a不在三體染色體上，則：Pa突變純合二體（n-1）Ⅱaa+Ⅱ×三體（n-1）ⅡAA+ⅢG（n-1）Ⅰa+Ⅰ（n-1）ⅠA+Ⅰ（n-1）ⅠA+ⅡF1（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）ⅡAa+Ⅲ自交自交F2顯隱性比例為3︰1顯隱性比例為3︰1若待測(cè)隱性基因a不在三體染色體上，則：Pa突變純合二體54②三體在育種實(shí)踐上最成功的實(shí)例是大麥核不育系的雜交三級(jí)三體大麥的保持和利用

②三體在育種實(shí)踐上最成功的實(shí)例是大麥核不育系的雜交三級(jí)三體55（2）四體：指某同源染色體為4條的個(gè)體，是研究劑量效應(yīng)的特殊材料。人們對(duì)四體研究不多，但補(bǔ)償性的缺體——四體具有特殊的作用而被人們重視，在小麥中比較典型。谷子四體（2）四體：指某同源染色體為4條的個(gè)體，是研究劑量效應(yīng)的特殊562、異種染色體的添加——異附加系異附加系：添加有外源染色體的個(gè)體。又分為：?jiǎn)误w異附加系、二體異附加系。雙單體異附加系、雙二體異附加系等（1）異附加系的產(chǎn)生：常用方法是栽培物種與親緣物種或通過(guò)橋梁親本再與親緣物種雜交，再用受體親本與F1或F1加倍成的雙倍體回交一至數(shù)次，選出附加單體，再經(jīng)自交即產(chǎn)生。（詳見P65～66）2、異種染色體的添加——異附加系57抗白粉病八倍體小偃麥和雙體附加系的鑒定Fig10、山農(nóng)Line15根尖染色體熒光原位雜交（箭頭所示微附加系中的中間偃麥草染色體）抗白粉病八倍體小偃麥和雙體附加系的鑒定58抗大麥黃矮病毒的RAPD特異帶左邊第一個(gè)：中間偃麥草，第三～第八個(gè)，含抗病基因第二個(gè)：77－5433，不含抗病基因。抗大麥黃矮病毒的RAPD特異帶59（2）異附加系的鑒定：形態(tài)標(biāo)記染色體計(jì)數(shù)和染色體構(gòu)型分析、染色體分帶、生化標(biāo)記（同工酶和蛋白質(zhì)）、分子標(biāo)記、原位雜交等方法鑒定異附加系。（3）異附加系的應(yīng)用：生產(chǎn)中尚沒(méi)有可直接利用的異附加系，原因主要是細(xì)胞學(xué)上不穩(wěn)定、遺傳學(xué)上不平衡，在導(dǎo)入攜帶有利基因的整條染色體時(shí)不可避免地帶入該染色體的許多不利基因。優(yōu)點(diǎn)：①是培育代換系和易位系的有用中間材料；②是研究染色體組親緣關(guān)系、物種起源進(jìn)化、基因互作、基因表達(dá)的有用遺傳材料；③利用連鎖標(biāo)記生產(chǎn)雜交小麥種子等。（2）異附加系的鑒定：形態(tài)標(biāo)記染色體計(jì)數(shù)和染色體構(gòu)型分析、染60三、染色體的代換

由外源染色體代換受體品種染色體的個(gè)體稱異代換系。通常發(fā)生在同一個(gè)部分同源群內(nèi)的不同染色體之間，又分為單體異代換系、二體異代換系等，根據(jù)代換的染色體不同，可分為同種染色體的代換和異種染色體的代換，同種染色體的代換系通常可以直接作為品種使用，而異種染色體的代換系通常是轉(zhuǎn)移有利基因的有效的中間材料。三、染色體的代換由外源染色體代換受體品種染色體的個(gè)體稱異代61遺4212C-分帶分析，箭頭示2D染色體被攜帶抗黃矮病基因的中間偃麥草染色體代換遺4212C-分帶分析，箭頭示2D染色體被攜帶抗黃矮病基62GISH檢測(cè)藍(lán)粒小麥中含有長(zhǎng)穗偃麥草的染色體片段和染色體GISH檢測(cè)藍(lán)粒小麥中含有長(zhǎng)穗偃麥草的染色體片段和染色體63（一）異代換系的產(chǎn)生（1）在遠(yuǎn)緣雜交的回交、自交過(guò)程中自發(fā)產(chǎn)生（2）在選育異附加系過(guò)程中，由于產(chǎn)生n-1+1配子而產(chǎn)生（3）利用缺體或單體×異附加系，再自交，也可產(chǎn)生異代換系（一）異代換系的產(chǎn)生64第三章_染色體工程與植物育種課件65（二）異代換系的鑒定與異附加系的鑒定方法相同，但由于染色體數(shù)不發(fā)生變化，所以一般不能通過(guò)染色體計(jì)數(shù)來(lái)鑒定異代換系，必須輔助減數(shù)分裂期染色體配子對(duì)分析進(jìn)行。（三）異代換系的應(yīng)用（1）可在生產(chǎn)上直接利用，如小麥Lovlin13（1B/1R代換系）（2）用代換系來(lái)轉(zhuǎn)移有用基因，培育易位系比用附加系有優(yōu)勢(shì)（3）在基因定位、研究基因效應(yīng)、基因互作方面有特殊優(yōu)越性（特別是整套代換系）（二）異代換系的鑒定66第四節(jié)染色體片段的細(xì)胞遺傳學(xué)操縱

一、誘導(dǎo)染色體片段轉(zhuǎn)移的方法二、易位系的鑒定三、易位系的利用第四節(jié)染色體片段的細(xì)胞遺傳學(xué)操縱一、誘導(dǎo)染色體片段轉(zhuǎn)移67轉(zhuǎn)移外源基因較理想的方法是導(dǎo)入攜有有利基因的染色體片段，而且伴隨的額外染色體物質(zhì)愈少愈好（最理想就是轉(zhuǎn)基因了）易位系：指某物種的一段染色體和另一物種的相應(yīng)染色體節(jié)段發(fā)生交換后，基因連鎖群也隨之發(fā)生改變而產(chǎn)生的新類型。轉(zhuǎn)移外源基因較理想的方法是導(dǎo)入攜有有利基因的染色體片段，而且68一、誘導(dǎo)染色體片段轉(zhuǎn)移的方法

（一）輻射誘導(dǎo)易位，最常用的電離輻射。（二）用細(xì)胞、組織培養(yǎng)誘導(dǎo)染色體易位，原因可能與培養(yǎng)基中的某些成分和培養(yǎng)過(guò)程中的理化因素刺激有關(guān)，因此，組織培養(yǎng)結(jié)合理化誘變可大大提高變異體的頻率，其中將會(huì)有不少易位。一、誘導(dǎo)染色體片段轉(zhuǎn)移的方法（一）輻射誘導(dǎo)易位，最常用的電69（三）利用遺傳控制體系誘導(dǎo)染色體易位——ph基因如在小麥5BL上的ph1基因抑制部分同源染色體之間配對(duì)，在5BS上存在染色體配對(duì)促進(jìn)基因；還有3DS上的ph2基因，以及3A、4D、2A等上的一些微效抑制基因。因此有人認(rèn)為，小麥染色體配對(duì)控制基因ph基因是主效基因，它還受位于5BS、5DL和5DS、3BL、3DL、2AS等上載有的促進(jìn)染色體配對(duì)基因的制約，它是通過(guò)一套遺傳體系來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（三）利用遺傳控制體系誘導(dǎo)染色體易位——ph基因70（四）利用殺配子基因誘導(dǎo)染色體易位所謂殺配子基因，乃是當(dāng)載有這些基因的染色體處于半合雜合狀態(tài)時(shí)，不含該染色體的雌雄配子無(wú)受精能力，而這些染色體自身則優(yōu)先傳遞。還有研究認(rèn)為小麥農(nóng)林26的3B染色體上帶有抑制殺配子效應(yīng)的基因Igcl，該基因和殺配子基因（3S′、3C染色體上）互作，產(chǎn)生染色體斷裂、重接，并可誘導(dǎo)易位。（四）利用殺配子基因誘導(dǎo)染色體易位71（五）利用著絲粒融合誘發(fā)易位，以及利用“染色體組重建”基因誘發(fā)易位在減數(shù)分裂時(shí)，兩個(gè)非同源的單價(jià)染色體同時(shí)發(fā)生錯(cuò)分裂，產(chǎn)生端著絲粒染色體。由這些非同源染色體形成的新端著絲粒染色體融合而形成的易位叫羅伯遜易位?！叭旧w組重建”基因能誘發(fā)高頻率的染色體斷裂和重接。如，在玉米中有一種與染色體重排有關(guān)的系統(tǒng)——X組分，在高大山羊草品系中，發(fā)現(xiàn)一個(gè)調(diào)控基因組的基因，等等。（五）利用著絲粒融合誘發(fā)易位，以及利用“染色體組重建”基因誘72不管用什么方法誘導(dǎo)染色體易位，在育種上有用的易位最好是攜帶有用基因的小片段中間插入易位，它們?cè)诩?xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)上比較穩(wěn)定且容易通過(guò)基因重組轉(zhuǎn)入栽培品種并遺傳給后代。不管用什么方法誘導(dǎo)染色體易位，在育種上有用的易位最好是攜帶有73二、易位系的鑒定

比代換系和附加系的鑒定要困難得多，尤其是小片段易位。使用的方法通常是染色體分帶、分子原位雜交、生化標(biāo)記和分子標(biāo)記等。二、易位系的鑒定比代換系和附加系的鑒定要困難得多，尤其是小74通過(guò)C-分帶鑒定小麥－簇毛麥6VS/6AL易位系通過(guò)C-分帶鑒定小麥－簇毛麥6VS/6AL易位系75圖A和圖B:小麥-黑麥易位系BC152-1-1染色體的C-帶(A)和GISH(B)圖A和圖B:小麥-黑麥易位系BC152-1-1染色體的C-76第三章_染色體工程與植物育種課件77三、易位系的利用

（1）直接利用：一般是指具有優(yōu)良遺傳背景的易位系。如，具有1RS/1BL易位的許多小麥品種。（2）用作品種改良的親本：指攜有親緣物種有用基因的易位系，如小麥—簇毛麥6Vs/6AL易位系。三、易位系的利用（1）直接利用：一般是指具有優(yōu)良遺傳背景的78第五節(jié)染色體微切割和人工染色體

一、染色體微切割二、人工染色體構(gòu)建的依據(jù)第五節(jié)染色體微切割和人工染色體一、染色體微切割79一、染色體微切割

指在顯微鏡下利用特種工具對(duì)某個(gè)特定的染色體片斷切割加工。要進(jìn)行染色體微切割，首先要對(duì)染色體進(jìn)行識(shí)別鑒定。又由于目標(biāo)染色體片斷DNA的量很少，或者由于目標(biāo)基因大多數(shù)為單拷貝或寡拷貝，因此，常要借助PCR技術(shù)。目前，染色體微切割仍局限于構(gòu)建特定染色體和特定染色體片段的微切割文庫(kù)。一、染色體微切割指在顯微鏡下利用特種工具對(duì)某個(gè)特定的染色體80ChromosomesofChineseSpringstainedwithCarboFuchsin,Oneofchromosome6BindicatedinAwasmicrodissectedintoR1,R2,R3andR4sections(B)Barrepresents10μmChromosomesofChineseSpring81二、人工染色體構(gòu)建的依據(jù)

著絲粒、端粒、復(fù)制起始點(diǎn)是真核生物染色體的三個(gè)最基本的組成元件。實(shí)際研究中常是根據(jù)不同的需要進(jìn)行構(gòu)建。如，酵母人工染色體（YAC）是目前容量最大的克隆載體，但遺傳不穩(wěn)定。細(xì)菌人工染色體（BAC）和P1克隆系列和源于P1的PAC可作為YAC的重要補(bǔ)充，但，它們都不能直接轉(zhuǎn)化植物細(xì)胞。因此，又有人構(gòu)建了雙元細(xì)菌人工染色體（BIBAC）和可能轉(zhuǎn)化人工染色體（TAC）。而上述這些人工染色體都是針對(duì)基因克隆存在的一些問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。在育種中可能真正有作用的人工染色體，如哺乳動(dòng)物人工染色體（MAC）和植物人工染色體（PAC），還處在研究階段中。二、人工染色體構(gòu)建的依據(jù)著絲粒、端粒、復(fù)制起始點(diǎn)是真核生物82第六節(jié)染色體工程和作物育種

一、染色體工程中值得注意的問(wèn)題二、應(yīng)用染色體工程方法開展植物育種時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)方面第六節(jié)染色體工程和作物育種一、染色體工程中值得注意的問(wèn)83一、染色體工程中值得注意的問(wèn)題

（1）外源基因能否在受體中表達(dá)，與受體的遺傳背景有關(guān)。（2）轉(zhuǎn)移有利基因的同時(shí)不可避免地帶入不利基因。一、染色體工程中值得注意的問(wèn)題（1）外源基因能否在受體中表84二、應(yīng)用染色體工程方法開展植物育種時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)方面

染色體工程的產(chǎn)品主要是新的遺傳種質(zhì)而不是品種，在創(chuàng)造出新的遺傳種質(zhì)之后，還必須通過(guò)常規(guī)育種方法或綜合其它育種方法將外源基因組裝到綜合農(nóng)藝性狀好的親本中去。為此，在應(yīng)用染色體工程方法開展植物育種時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)方面：（一）目標(biāo)性狀：是欠缺的或急需的，最好是單基因或寡基因控制；二、應(yīng)用染色體工程方法開展植物育種時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)方面染色體85（二）初始親本和回交親本：選用最優(yōu)異的系或單株作原始供體親本，并盡可能分系或分單株保存；盡可能選用綜合農(nóng)藝性狀較好的推廣品種或優(yōu)良品系作回交親本，同時(shí)考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)的育種發(fā)展需要；（三）群體大小要看重組率高低、育種方法、質(zhì)量或數(shù)量性狀及顯隱性、親緣關(guān)系和基因互作關(guān)系等方面；（四）輔助分子或細(xì)胞學(xué)標(biāo)記進(jìn)行選擇，通過(guò)加代，縮短育種年限。（二）初始親本和回交親本：選用最優(yōu)異的系或單株作原始供體親本86[復(fù)習(xí)思考題]：1、染色體工程的概念和主要內(nèi)容是什么？2、單倍體在育種上的優(yōu)勢(shì)和不足分別是什么？3、三倍體無(wú)子西瓜是怎么形成的？4、如何應(yīng)用單體缺體進(jìn)行基因定位？5、三級(jí)三體大麥的保持和利用。6、YAC、BAC、BIBAC、TAC、MAC、PAC分別指什么？[復(fù)習(xí)思考題]：87第三章染色體工程與植物育種

第三章染色體工程與植物育種88植物染色體工程的用途十分廣泛，主要用在基因定位和異源基因的導(dǎo)入。我國(guó)自80年代開始進(jìn)行染色體工程育種研究，經(jīng)過(guò)“六五”和“七五”協(xié)作攻關(guān)，在小麥染色體工程育種方面有較大進(jìn)展，創(chuàng)制了小麥與黑麥(Secalecereals)、山羊草(Aegilopstauschii)、簇毛麥(Haynaldiavillosa)、大麥(Hodeumvulgare)、類麥(Thinopyrum)等近緣種、屬的雙二倍體，轉(zhuǎn)育了不同生態(tài)型的小麥單體系統(tǒng)和缺體系統(tǒng)，選育出了多種異附加系、異代換系和易位系。這是一批十分有用的染色體工程基礎(chǔ)材料，是選育小麥良種的寶貴資源。

植物染色體工程的用途十分廣泛，主要用在基因定位和異源基因的導(dǎo)89本章內(nèi)容提要第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容第二節(jié)染色體組水平的操縱技術(shù)第三節(jié)染色體水平的細(xì)胞遺傳學(xué)操縱第四節(jié)染色體片段的細(xì)胞遺傳學(xué)操縱第五節(jié)染色體微切割和人工染色體第六節(jié)染色體工程和作物育種本章內(nèi)容提要第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容90第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容

一、概念二、親緣關(guān)系遠(yuǎn)近與遺傳操作策略三、染色體的操縱的三個(gè)水平第一節(jié)染色體工程的一般概念和主要內(nèi)容一、概念91一、染色體工程概念該術(shù)語(yǔ)最早由里克（Rick）和庫(kù)升（Khush）于1966年在論述番茄單體、三體和缺體時(shí)提出的。染色體工程：按照人們預(yù)定目標(biāo)，采用一定的方法和步驟，通過(guò)染色體操縱改變生物染色體組，并進(jìn)而改變其遺傳性的過(guò)程?！惻宥热旧w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，從而達(dá)到定向改變遺傳性和選育新品種的一種技術(shù)?！钪居氯旧w工程：指某一種植物的染色體或染色體片段按照人們的意愿進(jìn)行添加、消減、代換或易位，從而達(dá)到定向改變植物遺傳性的一項(xiàng)技術(shù)?！愐h一、染色體工程概念該術(shù)語(yǔ)最早由里克（Rick）和庫(kù)升（Khu92陳佩度本課教材編者陳佩度93狹義和廣義染色體工程：狹義：指人工分離染色體或染色體片段，導(dǎo)入受體原生質(zhì)體，再經(jīng)過(guò)原生質(zhì)體培養(yǎng)再生細(xì)胞壁、愈傷組織，直至再生出完整植株的過(guò)程。廣義的還應(yīng)包括應(yīng)用細(xì)胞遺傳學(xué)技術(shù)通過(guò)有性雜交和回交、細(xì)胞組織培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交等方法，按預(yù)定目標(biāo)有計(jì)劃有步驟地轉(zhuǎn)移染色體組、染色體或染色體片段。注：導(dǎo)入的染色體必須是有活力的，導(dǎo)入原生質(zhì)后，又涉及到如何與受體染色體“共處”或“重組”問(wèn)題。染色體工程在培育抗病新品種上有重要意義，而且是基因定位和染色體轉(zhuǎn)移等基礎(chǔ)研究的有效手段。狹義和廣義染色體工程：94染色體組：生物體內(nèi)維持生命活動(dòng)所必須的一套非同源染色體（用x表示），它是遺傳的生命單位。部分同源群：分別處于不同染色體組中，最早可能由同一條染色體演化而成的，具有不同程度同源關(guān)系的染色體互稱為部分同源染色體并共同組成一個(gè)部分同源群。它們具有基本相似的核苷酸組成和排列次序，相互之間具有一定的補(bǔ)償性。染色體組和部分同源群染色體組：生物體內(nèi)維持生命活動(dòng)所必須的一套非同源染色體（用x95二、親緣關(guān)系遠(yuǎn)近與遺傳操作策略

1、含有同源染色體組物種間的遺傳操縱特點(diǎn)：有性雜交容易成功，F(xiàn)1雌雄配子的育性較好策略：采用一般的有性雜交技術(shù)，如果雙親間遺傳性狀差異大，要加大雜種群體、增加選擇代數(shù)、或輔以花藥花粉培養(yǎng)等技術(shù)誘導(dǎo)單倍體，然后加倍，加速形成純合體。二、親緣關(guān)系遠(yuǎn)近與遺傳操作策略1、含有同源染色體組物種間的962、含有部分同源染色體組物種間的遺傳操縱特點(diǎn)：沒(méi)有相同的染色體組，但具有部分同源關(guān)系，有性雜交有難度，雜種后代雙親染色體間很少或基本不配對(duì)。策略：通過(guò)回交，育成異附加系或異代換系；通過(guò)操縱染色體配對(duì)控制體系（如小麥5B），可促進(jìn)具有部分同源關(guān)系的染色體間配對(duì)，發(fā)生交換和重組；也可以通過(guò)理化因子或生物因子（如小麥近緣種中的殺配子基因）誘導(dǎo)染色體斷裂、重接，產(chǎn)生易位。2、含有部分同源染色體組物種間的遺傳操縱特點(diǎn)：沒(méi)有相同的染色973、無(wú)同源染色體組物種間的遺傳操縱特點(diǎn)：無(wú)同源性，有性雜交極其困難，或至今得不到有性雜種。策略：采用體細(xì)胞雜交技術(shù)獲得體細(xì)胞雜種。3、無(wú)同源染色體組物種間的遺傳操縱特點(diǎn)：無(wú)同源性，有性雜交極98三、染色體的操縱的三個(gè)水平

1、染色體組操縱：添加或消減同種或異種染色體組，合成雙二倍體或部分雙二倍體，或者創(chuàng)造單倍體。2、染色體操縱：整條染色體的附加、消除、代換，導(dǎo)入的染色體要有完整的著絲粒和端粒，以保持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和進(jìn)行正常的復(fù)制分裂。三、染色體的操縱的三個(gè)水平1、染色體組操縱：添加或消減同種993、染色體片段操縱：指染色體片段的轉(zhuǎn)移→易位、添加或消除。需要經(jīng)過(guò)染色體斷裂和重接，新形成的染色體具有且只具有一個(gè)著絲粒，而且染色體兩端形成完好端粒。在育種中，不僅要求整組染色體、整條染色體或染色體片段的操縱成功，還要求經(jīng)操縱后的個(gè)體在細(xì)胞遺傳學(xué)上的穩(wěn)定性，在遺傳組成和形態(tài)特性上比原有親本更加優(yōu)良。3、染色體片段操縱：指染色體片段的轉(zhuǎn)移→易位、添加或消除。需100第二節(jié)染色體組水平的操縱技術(shù)

一、遠(yuǎn)緣雜交障礙及克服途徑二、染色體組的消減：即單倍體產(chǎn)生和二倍體化三、染色體組的添加——異源多倍體、同源多倍體等第二節(jié)染色體組水平的操縱技術(shù)一、遠(yuǎn)緣雜交障礙及克服途徑101一、遠(yuǎn)緣雜交障礙及克服途徑障礙：花粉萌發(fā)不好、花粉管伸長(zhǎng)緩慢、雄配子不能順利通過(guò)珠孔進(jìn)入胚囊殼完成受精、遠(yuǎn)緣雜種的某親本的染色體全部或部分消失、雜種滅亡和雜種不育。克服途徑：使用失活的母本花粉、生長(zhǎng)素類物質(zhì)（2，4—D）或利用可交配基因和橋梁親本，采取幼胚拯救和染色體加倍等措施。一、遠(yuǎn)緣雜交障礙及克服途徑障礙：花粉萌發(fā)不好、花粉管伸長(zhǎng)緩慢102二、染色體組的消減：即單倍體產(chǎn)生和二倍體化

1、單倍體：含有配子染色體數(shù)目的孢子體單倍體包括：（1）整倍體單倍體：一倍體、多倍單倍體（同源多倍單倍體、異源多倍單倍體）（2）非整倍體單倍體：二體單倍體（n+1）、附加單倍體（n+1′）、缺體單倍體（n-1）、置換單倍體（n-1+1′）二、染色體組的消減：即單倍體產(chǎn)生和二倍體化1、單倍體：含有1032、單倍體的產(chǎn)生①自然產(chǎn)生：雙生苗（多胚現(xiàn)象）、半配合（精、卵各自分裂→嵌合體）②誘發(fā)產(chǎn)生：遠(yuǎn)源雜交蒙導(dǎo)、延遲授粉、單倍體的誘發(fā)基因（大麥中的hap基因）和核質(zhì)互作、利用合子發(fā)育過(guò)程中染色體消減，以及花藥、花粉核未授粉的子房、胚珠培養(yǎng)等。3、二倍體化可自然加倍，但頻率很低，一般需要人工加倍。目前最常用的方法是用秋水仙素處理在細(xì)胞分裂時(shí)期的分生組織，使其新生器官的染色體加倍。2、單倍體的產(chǎn)生1044、單倍體在育種上的應(yīng)用（1）提高選擇效率，加速育種進(jìn)程，因?yàn)閱伪扼w的基因型核表現(xiàn)型是一致的，對(duì)于隱性基因控制的性狀特別有效，常規(guī)雜交育種需要8～10年，而單倍體育種只須一個(gè)世代即可得到純合二倍體。（2）加速純系的獲得，尤其對(duì)于玉米等異花授粉作物雜種優(yōu)勢(shì)利用來(lái)說(shuō)具有特別重要意義。4、單倍體在育種上的應(yīng)用105（3）利用花粉植株進(jìn)行異源染色體或基因的轉(zhuǎn)移，例如：小黑麥（AABBRR）×小麥（AABBDD）→F1（AABBRD）→R、D兩組單體在減數(shù)分裂過(guò)程中將以0～7的各種可能出現(xiàn)于子細(xì)胞中。通過(guò)花粉培養(yǎng)可得到類型豐富的花粉植株，這些植株在遺傳育種中具有重要的研究利用價(jià)值。（4）利用單倍體進(jìn)行突變體的選擇，由于單倍體沒(méi)有顯隱性關(guān)系，所以無(wú)論是培養(yǎng)過(guò)程中引起的體細(xì)胞變異還是在人工誘導(dǎo)產(chǎn)生的突變體，特別是隱性突變體，均可以有效地表現(xiàn)出來(lái)。（3）利用花粉植株進(jìn)行異源染色體或基因的轉(zhuǎn)移，例如：小黑麥（1065、單倍體育種的不足（1）基因重組的機(jī)會(huì)只有一次，缺少常規(guī)雜交育種各個(gè)分離世代的基因交換與重組的機(jī)會(huì)，后代不能積累更多的優(yōu)良基因。（2）單倍體誘導(dǎo)技術(shù)還不是很完善，花培出愈率和綠苗率均較低，單倍體群體小，很多優(yōu)良基因可能被淘汰。5、單倍體育種的不足107三、染色體組的添加——異源多倍體、同源多倍體等

染色體組的添加可以自然發(fā)生，也可以人工誘導(dǎo)合成1、異源多倍體：在正常二倍體染色體組的基礎(chǔ)上添加一個(gè)至多個(gè)異種染色體組的個(gè)體。如：小麥、燕麥、棉花等典型的例子是普通小麥和小黑麥三、染色體組的添加——異源多倍體、同源多倍體等染色體組的添108一粒小麥（AA）2n＝14×？（BB）AB染色體自然加倍二粒小麥（AABB）2n＝28×節(jié)節(jié)麥（DD）2n＝14ABD染色體自然加倍普通小麥（AABBDD）2n＝42一粒小麥（AA）2n＝14×？（BB）AB染色109普通小麥AABBDD×黑麥RRABDR（不育）染色體加倍AABBDDRR八倍體小黑麥普通小麥AABBDD×黑麥RRABDR（不育）染色體加倍110硬粒小麥（AABB）×黑麥（RR）ABR（不育）染色體加倍AABBRR（六倍體小黑麥）硬粒小麥（AABB）×黑麥（RR）ABR（不育）染色體加1112、同源多倍體：在正常二倍體的染色體基礎(chǔ)上添加一個(gè)至多個(gè)同種染色體組的個(gè)體。如：馬鈴薯等同源多倍體在有利基因劑量效應(yīng)對(duì)植株的生長(zhǎng)量和某些生物產(chǎn)物有促進(jìn)作用。如三倍體甜菜、橡膠、香蕉、西瓜、草莓等。典型例子：三倍體無(wú)籽西瓜3、同源異源多倍體（如AAAAGG）是介于同源多倍體和異源多倍體之間的過(guò)渡類型。2、同源多倍體：在正常二倍體的染色體基礎(chǔ)上添加一個(gè)至多個(gè)同種112典型例子：三倍體無(wú)籽西瓜二倍體西瓜（BB2n＝2x＝22）0.2%秋水仙素處理生長(zhǎng)點(diǎn)四倍體西瓜（BBBB）♀×二倍體西瓜♂三倍體西瓜（BBB）（*不育，不結(jié)籽，在外界花粉刺激下可結(jié)實(shí)）典型例子：三倍體無(wú)籽西瓜二倍體西瓜（BB2n＝2x＝2113第三章_染色體工程與植物育種課件114第三節(jié)染色體水平的細(xì)胞遺傳學(xué)操縱

一、染色體的消減二、染色體的添加三、染色體的代換第三節(jié)染色體水平的細(xì)胞遺傳學(xué)操縱一、染色體的消減115一、染色體的消減

從正常細(xì)胞中去掉一條染色體，染色體數(shù)變?yōu)椋?n-1），叫做單體；去掉一對(duì)同源染色體，則叫缺體（2n-2）；如果去掉的是兩條非同源染色體則稱為雙單體（2n-1-1）。除了消減正常的整條染色體外，還可以消減染色體的某一個(gè)臂，稱為端體。單體在遺傳上不穩(wěn)定，自交后可分離出正常的二體、單體和缺體三種類型，除缺體外，多數(shù)單體和二體在外部形態(tài)上十分相似，直觀上很難區(qū)分，必須進(jìn)行細(xì)胞學(xué)觀察，才能把單體植株挑選出來(lái)。因此，單體植株的保存很困難。一、染色體的消減從正常細(xì)胞中去掉一條染色體，染色體數(shù)變?yōu)椋?16第三章_染色體工程與植物育種課件117以小偃6號(hào)1D單體（含14＋15）作為受體與含有5＋10優(yōu)質(zhì)亞基的品種雜交，進(jìn)行優(yōu)質(zhì)亞基聚合的染色體工程法。以小偃6號(hào)1D單體（含14＋15）作為受體與含有5＋10優(yōu)質(zhì)1182D單體小麥與遺4212雜交F1出現(xiàn)的單價(jià)體2D單體小麥與遺4212雜交F1出現(xiàn)的單價(jià)體119箭頭示雙單體箭頭示雙單體1204D缺體小麥PMC減數(shù)分裂MI2n=20Ⅱ八倍體小堰麥PMC減數(shù)分裂MI2n=28Ⅱ雜種F1根尖染色體2n=484D缺體小麥PMC減數(shù)分裂MI2n=20Ⅱ八倍體小堰麥PM121簇毛麥6VS端體：a,T240-6-1(2n=41+t);b,T240-6-1(2n=41+2t)

簇毛麥6VS端體：a,T240-6-1(2n=41+t);122第三章_染色體工程與植物育種課件123在染色體工程上，常用單體植物系統(tǒng)和缺體植物系統(tǒng)，它們是染色體工程和基因定位的重要材料。例如，已知某植物的某對(duì)性狀是由A和a一對(duì)基因控制的，而且已獲得該植物的所有單體或缺體，用單體法或缺體法確定A（a）基因所在的染色體。1、單體法2、缺體法單體、缺體在基因定位上的應(yīng)用在染色體工程上，常用單體植物系統(tǒng)和缺體植物系統(tǒng)，它們是染色體1241、單體法（1）若測(cè)定的二體植株的基因是隱性純合時(shí)，則單體系列為顯性。1、單體法125Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×A表現(xiàn)型單體（n-1）Ⅱ+ⅠA

G（n-1）Ⅰ+Ⅰa（n-1）Ⅰ（n-1）Ⅰ+ⅠA

F1（n-1）Ⅱ+Ⅰa（n-1）Ⅱ+ⅡAa

所有單體為a表現(xiàn)型所有二體為A表現(xiàn)型

①若待測(cè)基因在某單體染色體上時(shí)，則aa基因型雙體（2n）與A表現(xiàn)型的該染色體的單體（2n-1）雜交后，F(xiàn)1代表現(xiàn)型為：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×126②若待測(cè)基因不在某單體染色體上時(shí)，則F1表現(xiàn)型為：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱaa+Ⅱ×A表現(xiàn)型單體（n-1）ⅡAA+ⅠG（n-1）Ⅰa+Ⅰ（n-1）ⅠA（n-1）ⅠA+ⅠF1（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）ⅡAa+Ⅱ無(wú)論單體還是二體，均為A表現(xiàn)型

②若待測(cè)基因不在某單體染色體上時(shí)，則F1表現(xiàn)型為：Pa表127（2）若測(cè)定的基因?yàn)轱@性純合時(shí)，則單體材料為隱性。

①若待測(cè)基因在某單體染色體上時(shí)，則AA基因型二體（2n）與a基因型的該染色體單體（2n-1）雜交后，F(xiàn)2代的分離情況為：

（2）若測(cè)定的基因?yàn)轱@性純合時(shí)，則單體材料為隱性。①若待測(cè)128PA表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+ⅡAA×a表現(xiàn)型單體（n-1）Ⅱ+ⅠaG（n-1）Ⅰ+ⅠA（n-1）Ⅰ（n-1）Ⅰ+ⅠaF1（n-1）Ⅱ+ⅠA（n-1）Ⅱ+ⅡAa

F2（n-1）Ⅱ+ⅡAA（n-1）Ⅱ+ⅡAA（n-1）Ⅱ+ⅠA（n-1）Ⅱ+ⅡAa（n-1）Ⅱ（n-1）Ⅱ+Ⅱaa因缺體的生活力較弱，占很少一部分幾乎全部為顯性性狀顯隱性比例為3︰1自交

自交PA表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+ⅡAA×a表現(xiàn)型129②若待測(cè)基因不在某單體染色體上，則F2分離情況為：PA表現(xiàn)型二體（n-1）ⅡAA+Ⅱ×a表現(xiàn)型單體（n-1）Ⅱaa+ⅠG（n-1）ⅠA+Ⅰ（n-1）Ⅰa（n-1）Ⅰa+ⅠF1（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）Ⅱ+ⅡAa

自交自交F2（n-1）ⅡAA+Ⅱ（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）Ⅱaa+Ⅱ（n-1）ⅡAA+Ⅰ（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）Ⅱaa+Ⅰ（n-1）ⅡAA

（n-1）ⅡAa（n-1）Ⅱaa

顯隱性比例為3︰1

（n-1）ⅡAA+Ⅱ（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）Ⅱaa+Ⅱ顯隱性比例為3︰1②若待測(cè)基因不在某單體染色體上，則F2分離情況為：PA130Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×缺體（n-1）ⅡF1（n-1）Ⅱ+Ⅰa

全部為a表現(xiàn)型的單體

自交F2（n-1）Ⅱ+Ⅱaa（n-1）Ⅱ+Ⅰa（n-1）Ⅱ2、缺體法（1）若待測(cè)定的是隱性基因a，則用顯性缺體系統(tǒng)①若待測(cè)基因a在缺體染色體上，則：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×缺131②若待測(cè)基因a不在缺體染色體上，則：Pa表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱaa+Ⅱ×缺體（n-1）ⅡAA

F1（n-1）ⅡAa+Ⅰ全部為A表現(xiàn)型的單體F2（n-1）ⅡAA+Ⅱ（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）Ⅱaa+Ⅱ（n-1）ⅡAA+Ⅰ（n-1）ⅡAa+Ⅰ（n-1）Ⅱaa+Ⅰ（n-1）ⅡAA（n-1）ⅡAa（n-1）Ⅱaa

顯隱性比例為3︰1

自交②若待測(cè)基因a不在缺體染色體上，則：Pa表現(xiàn)型二體（n132（2）若測(cè)定的是顯性基因A，則用隱性缺體系統(tǒng)①若待測(cè)基因A在缺體染色體上，則：PA表現(xiàn)型二體（n-1）Ⅱ+ⅡAA×缺體（n-1）ⅡF1（n-1）Ⅱ+ⅠAF2（n-1）Ⅱ+ⅡAA

（n-1）Ⅱ+ⅠA（n-1）Ⅱ缺體很少，幾乎全是顯性

自交

（2）若測(cè)定的是顯性基因A，則用隱性缺體系統(tǒng)PA表現(xiàn)型二133②若待測(cè)基因A不在缺體染色體上，則：PA表現(xiàn)型二體（n-1）ⅡAA+Ⅱ×缺體（n-1）Ⅱaa

F1（n-1）ⅡAa+ⅠF2（n-1）ⅡAA+Ⅱ（n-1）ⅡAA+Ⅰ（n-1）ⅡAA

（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）ⅡAA+Ⅰ（n-1）ⅡAa（n-1）Ⅱaa+Ⅱ（n-1）Ⅱaa+Ⅰ（n-1）Ⅱaa

無(wú)論單體、缺體、二體，顯隱性比例均為3︰1自交②若待測(cè)基因A不在缺體染色體上，則：PA表現(xiàn)型二體（134除了用單、缺體進(jìn)行基因定位外，端體也是進(jìn)行基因定位的好材料，端體分析法基因定位，不僅能將基因定位在特定的染色體上，而且能定位在特定染色體的某一個(gè)臂上。（但較復(fù)雜）除了用單、缺體進(jìn)行基因定位外，端體也是進(jìn)行基因定位的好材料，135二、染色體的添加

一個(gè)種的染色體組經(jīng)過(guò)雜交或其它方法導(dǎo)入同種或異種染色體叫染色體的添加。1、同種染色體的添加：在原來(lái)正常染色體數(shù)的基礎(chǔ)上添加了一條或一對(duì)同種染色體（1）三體：指同源染色體為三條的個(gè)體,三體作為遺傳工程的基礎(chǔ)材料在理論和實(shí)踐上都有重要的意義，可用來(lái)進(jìn)行基因定位，并在育種實(shí)踐中發(fā)揮作用。二、染色體的添加一個(gè)種的染色體組經(jīng)過(guò)雜交或其它方法導(dǎo)入同種136結(jié)球甘藍(lán)1號(hào)和4號(hào)染色體三體核型結(jié)球甘藍(lán)1號(hào)和4號(hào)染色體三體核型137菜薹7號(hào)染色體三體菜薹7號(hào)染色體三體138陸地棉三體PMC：25Ⅱ+3Ⅰ陸地棉三體PMC：25Ⅱ+3Ⅰ139①基因定位，例如若待測(cè)隱性基因a在三體染色體上，則：Pa突變純合二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa×三體（n-1）Ⅱ+ⅢAAA

G（n-1）Ⅰ+Ⅰa（n-1）Ⅰ+ⅠA（n-1）Ⅰ+ⅡAA

F1（n-1）Ⅱ+ⅡAa（n-1）Ⅱ+ⅢAAa

自交自交F2顯隱性比例為3︰1顯隱性比例為35︰1

①基因定位，例如Pa突變純合二體（n-1）Ⅱ+Ⅱaa140若待測(cè)隱性基因a不在三體染色體上，則：Pa突變純合二體（n-1）Ⅱaa+Ⅱ×三體（n-1）ⅡAA+ⅢG（n-1）Ⅰa+Ⅰ（n-1）ⅠA+Ⅰ（n-1）ⅠA+ⅡF1（n-1）ⅡAa+Ⅱ（n-1）ⅡAa+Ⅲ自交自交F2顯隱性比例為3︰1顯隱性比例為3︰1若待測(cè)隱性基因a不在三體染色體上，則：Pa突變純合二體141②三體在育種實(shí)踐上最成功的實(shí)例是大麥核不育系的雜交三級(jí)三體大麥的保持和利用

②三體在育種實(shí)踐上最成功的實(shí)例是大麥核不育系的雜交三級(jí)三體142（2）四體：指某同源染色體為4條的個(gè)體，是研究劑量效應(yīng)的特殊材料。人們對(duì)四體研究不多，但補(bǔ)償性的缺體——四體具有特殊的作用而被人們重視，在小麥中比較典型。谷子四體（2）四體：指某同源染色體為4條的個(gè)體，是研究劑量效應(yīng)的特殊1432、異種染色體的添加——異附加系異附加系：添加有外源染色體的個(gè)體。又分為：?jiǎn)误w異附加系、二體異附加系。雙單體異附加系、雙二體異附加系等（1）異附加系的產(chǎn)生：常用方法是栽培物種與親緣物種或通過(guò)橋梁親本再與親緣物種雜交，再用受體親本與F1或F1加倍成的雙倍體回交一至數(shù)次，選出附加單體，再經(jīng)自交即產(chǎn)生。（詳見P65～66）2、異種染色體的添加——異附加系144抗白粉病八倍體小偃麥和雙體附加系的鑒定Fig10、山農(nóng)Line15根尖染色體熒光原位雜交（箭頭所示微附加系中的中間偃麥草染色體）抗白粉病八倍體小偃麥和雙體附加系的鑒定145抗大麥黃矮病毒的RAPD特異帶左邊第一個(gè)：中間偃麥草，第三～第八個(gè)，含抗病基因第二個(gè)：77－5433，不含抗病基因?？勾篼滭S矮病毒的RAPD特異帶146（2）異附加系的鑒定：形態(tài)標(biāo)記染色體計(jì)數(shù)和染色體構(gòu)型分析、染色體分帶、生化標(biāo)記（同工酶和蛋白質(zhì)）、分子標(biāo)記、原位雜交等方法鑒定異附加系。（3）異附加系的應(yīng)用：生產(chǎn)中尚沒(méi)有可直接利用的異附加系，原因主要是細(xì)胞學(xué)上不穩(wěn)定、遺傳學(xué)上不平衡，在導(dǎo)入攜帶有利基因的整條染色體時(shí)不可避免地帶入該染色體的許多不利基因。優(yōu)點(diǎn)：①是培育代換系和易位系的有用中間材料；②是研究染色體組親緣關(guān)系、物種起源進(jìn)化、基因互作、基因表達(dá)的有用遺傳材料；③利用連鎖標(biāo)記生產(chǎn)雜交小麥種子等。（2）異附加系的鑒定：形態(tài)標(biāo)記染色體計(jì)數(shù)和染色體構(gòu)型分析、染147三、染色體的代換

由外源染色體代換受體品種染色體的個(gè)體稱異代換系。通常發(fā)生在同一個(gè)部分同源群內(nèi)的不同染色體之間，又分為單體異代換系、二體異代換系等，根據(jù)代換的染色體不同，可分為同種染色體的代換和異種染色體的代換，同種染色體的代換系通?？梢灾苯幼鳛槠贩N使用，而異種染色體的代換系通常是轉(zhuǎn)移有利基因的有效的中間材料。三、染色體的代換由外源染色體代換受體品種染色體的個(gè)體稱異代148遺4212C-分帶分析，箭頭示2D染色體被攜帶抗黃矮病基因的中間偃麥草染色體代換遺4212C-分帶分析，箭頭示2D染色體被攜帶抗黃矮病基149GISH檢測(cè)藍(lán)粒小麥中含有長(zhǎng)穗偃麥草的染色體片段和染色體GISH檢測(cè)藍(lán)粒小麥中含有長(zhǎng)穗偃麥草的染色體片段和染色體150（一）異代換系的產(chǎn)生（1）在遠(yuǎn)緣雜交的回交、自交過(guò)程中自發(fā)產(chǎn)生（2）在選育異附加系過(guò)程中，由于產(chǎn)生n-1+1配子而產(chǎn)生（3）利用缺體或單體×異附加系，再自交，也可產(chǎn)生異代換系（一）異代換系的產(chǎn)生151第三章_染色體工程與植物育種課件152（二）異代換系的鑒定與異附加系的鑒定方法相同，但由于染色體數(shù)不發(fā)生變化，所以一般不能通過(guò)染色體計(jì)數(shù)來(lái)鑒定異代換系，必須輔助減數(shù)分裂期染色體配子對(duì)分析進(jìn)行。（三）異代換系的應(yīng)用（1）可在生產(chǎn)上直接利用，如小麥Lovlin13（1B/1R代換系）（2）用代換系來(lái)轉(zhuǎn)移有用基因，培育易位系比用附加系有優(yōu)勢(shì)（3）在基因定位、研究基因效應(yīng)、基因互作方面有特殊優(yōu)越性（特別是整套代換系）（二）異代換系的鑒定153第四節(jié)染色體片段的細(xì)胞遺傳學(xué)操縱

一、誘導(dǎo)染色體片段轉(zhuǎn)移的方法二、易位系的鑒定三、易位系的利用第四節(jié)染色體片段的細(xì)胞遺傳學(xué)操縱一、誘導(dǎo)染色體片段轉(zhuǎn)移154轉(zhuǎn)移外源基因較理想的方法是導(dǎo)入攜有有利基因的染色體片段，而且伴隨的額外染色體物質(zhì)愈少愈好（最理想就是轉(zhuǎn)基因了）易位系：指某物種的一段染色體和另一物種的相應(yīng)染色體節(jié)段發(fā)生交換后，基因連鎖群也隨之發(fā)生改變而產(chǎn)生的新類型。轉(zhuǎn)移外源基因較理想的方法是導(dǎo)入攜有有利基因的染色體片段，而且155一、誘導(dǎo)染色體片段轉(zhuǎn)移的方法

（一）輻射誘導(dǎo)易位，最常用的電離輻射。（二）用細(xì)胞、組織培養(yǎng)誘導(dǎo)染色體易位，原因可能與培