備課素材：不對稱體細(xì)胞雜交法-高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

不對稱體細(xì)胞雜交法原生質(zhì)體技術(shù)發(fā)展初期，人們試圖通過原生質(zhì)體融合，將兩個親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的物種的基因組結(jié)合在一起，創(chuàng)造新的植物類型。典型的例子是馬鈴薯與番茄的原生質(zhì)體融合。然而兩者融合后得到再生植株，但未能如期望的那樣，而是外形傾向于番茄植株，花和葉具雜種特點，結(jié)實畸形，地下未形成塊莖。其他研究也有類似情況，獲得的體細(xì)胞雜種不僅沒有把雙親的優(yōu)點結(jié)合起來，甚至失去了他們各自原有的有益特性，如果只將異源種屬中的少數(shù)或幾個有用染色體或片段導(dǎo)入受體細(xì)胞，就有可能改善雜種育性而不至過多含不需要的性狀。在部分同源的適宜條件下發(fā)生重組，使供體染色體碎片“摻入”受體染色體中，從而形成具有受體整套染色體組。而僅有少量供體染色體片段的不對稱雜種。近些年，誘導(dǎo)植物不對稱雜種已成為原生質(zhì)體培養(yǎng)和融合技術(shù)研究的熱點。不對稱體細(xì)胞雜交即指利用射線將供體原生質(zhì)體鈍化，并破壞其染色質(zhì)，與未經(jīng)輻照的受體原生質(zhì)體融合。由于所得融合產(chǎn)物含全套受體染色體及部分供體染色體，故稱不對稱體細(xì)胞雜種,這類體細(xì)胞雜交稱為不對稱體細(xì)胞雜交。例如，據(jù)《普通小麥與擬南芥遠(yuǎn)緣不對稱體細(xì)胞雜交的研究》可知，普通六倍體小麥?zhǔn)侵匾募Z食作物，但由于其基因組龐大，研究相對困難，需要探索新的研究方法。擬南芥是應(yīng)用廣泛的模式植物，基因組測序已完成，遺傳背景相對清晰。以普通小麥核生3號胚性愈傷組織來源的原生質(zhì)體為供體，用紫外線(UV)分別照射30s、1min、2min，再與懸浮細(xì)胞系來源的擬南芥原生質(zhì)體進行PEG介導(dǎo)的細(xì)胞融合，希望將小麥染色體小片段，尤其是基因富集區(qū)插入擬南芥基因組，從而借助其清晰的遺傳背景對小麥基因組進行研究。實驗設(shè)計的融合組合如下：組合Ⅰ，擬南芥+小麥UV照射30s；組合Ⅱ，擬南芥+小麥UV照射1min；組合Ⅲ，擬南芥+小麥UV照射2min。擬南芥原生質(zhì)體和UV照射后的小麥原生質(zhì)體單獨培養(yǎng)作為對照。不對稱體細(xì)胞雜交的供體染色體消失程度和照射劑量有關(guān)。為了篩選帶供體基因的融合產(chǎn)物，需要一套選擇系統(tǒng)。有人利用白化或葉綠素缺失突變體做受體，以愈傷組織有無葉綠素為選擇標(biāo)記。將綠色愈傷組織再生植株，經(jīng)鑒定為不對稱體細(xì)胞雜種。有人利用融合產(chǎn)物再生能力來選擇，受體已失去再生能力，供體經(jīng)高質(zhì)量輻射后也失去增殖能力。融合后再生的植株很可能是不對稱雜種。例、白葉枯病是水稻嚴(yán)重的病害之一，疣粒野生稻對其具有高度抗性。研究人員利用體細(xì)胞雜交技術(shù)，試圖將疣粒野生稻的抗白葉枯病特性轉(zhuǎn)移到栽培稻中。（1）將兩種水稻外植體分別接種在含

等植物激素的MS培養(yǎng)基上，經(jīng)

過程形成愈傷組織后用

酶處理獲得游離的原生質(zhì)體。（2）“不對稱體細(xì)胞雜交”法可以將一個親本的部分染色體或染色體上某些片段轉(zhuǎn)移到另一個親本體細(xì)胞內(nèi)，獲得不對稱雜種植株。大劑量的X射線能隨機破壞染色體結(jié)構(gòu)，使其發(fā)生斷裂、易位、染色體消除等，細(xì)胞不再持續(xù)分裂。碘乙酰胺（IOA）使細(xì)胞質(zhì)中某些酶失活，抑制細(xì)胞分裂。為了達(dá)到轉(zhuǎn)移抗白葉枯病特性的目的，融合前要用X射線照射

的原生質(zhì)體，用IOA處理另一親本的原生質(zhì)體。經(jīng)誘導(dǎo)融合后，只有異源融合后的原生質(zhì)體可持續(xù)分裂形成再生細(xì)胞團，原因是

。（3）觀察再生植株細(xì)胞中的染色體，發(fā)現(xiàn)數(shù)目

，說明成功獲得了不對稱雜種。有些雜種植株染色體數(shù)目與栽培稻相同，性狀明顯偏向栽培稻，但也表現(xiàn)出野生稻的一些特性，推測這些雜種植株無多余染色體但具有野生稻特性的原因是

。（4）用致病性強的兩種水稻白葉枯病菌株接種，檢測72株雜種植株的抗性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)共有40株表現(xiàn)抗性，其中17株對兩個菌株都表現(xiàn)抗病性。綜合染色體數(shù)目及抗性檢測，應(yīng)優(yōu)先選擇

的雜種植株進行繁育。（5）與轉(zhuǎn)基因技術(shù)相比，在向目標(biāo)生物轉(zhuǎn)移外源基因方面，不對稱體細(xì)胞雜交技術(shù)有哪些優(yōu)、缺點？

。答案：（1）細(xì)胞分裂素和生長素

脫分化

纖維素酶和果膠（2）疣粒野生稻

雜種細(xì)胞由于融合，補充了細(xì)胞質(zhì)中失活的酶（生理互補），細(xì)胞能正常分裂（3）均少于兩親本染色體數(shù)目之和

來自野生稻的某些基因通過染色體易位整合到栽培稻細(xì)胞中（4）染色體數(shù)目和栽培稻相同、且對兩個菌株均表現(xiàn)出抗性（5）優(yōu)點：可轉(zhuǎn)移控制優(yōu)良性狀的多基因甚至是未知基因；缺點：只能在植物之間進行

變異不定向，需大量篩選解析：（1）植物組織培養(yǎng)需要使用MS培養(yǎng)基，MS培養(yǎng)基包括大量元素與微量元素、植物激素和蔗糖等，故將兩種水稻外植體分別接種在含細(xì)胞分裂素和生長素等植物激素的MS培養(yǎng)基上，經(jīng)脫分化過程形成愈傷組織后，用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁，從而獲得游離的原生質(zhì)體。（2）“不對稱體細(xì)胞雜交”法可以將一個親本的部分染色體或染色體上。由題意知：大劑量的X射線能隨機破壞染色體結(jié)構(gòu)，使其發(fā)生斷裂、易位、染色體消除等，細(xì)胞不再持續(xù)分裂；碘乙酰胺（IOA）使細(xì)胞質(zhì)中某些酶失活，抑制細(xì)胞分裂。為了達(dá)到轉(zhuǎn)移抗白葉枯病特性的目的，可先用X射線照射疣粒野生稻的原生質(zhì)體，使其部分的染色體發(fā)生變異，然后用IOA處理另一親本的原生質(zhì)體，經(jīng)誘導(dǎo)融合后，從而獲得雜種細(xì)胞，由于雜種細(xì)胞融合后補充了細(xì)胞質(zhì)中失活的酶（生理互補），細(xì)胞能正常分裂，故異源融合后的原生質(zhì)體可持續(xù)分裂形成再生細(xì)胞團。（3）不對稱雜種植株細(xì)胞中只獲得一個親本的部分染色體或染色體上某些片段，故觀察再生植株細(xì)胞中的染色體，發(fā)現(xiàn)數(shù)目均少于兩親本染色體數(shù)目之和，說明成功獲得了不對稱雜種。有些雜種植株染色體數(shù)目與栽培稻相同，性狀明顯偏向栽培稻，但也表現(xiàn)出野生稻的一些特性，可能的原因是雜種植株中來自野生稻的某些基因通過染色體易位整合到栽培稻細(xì)胞中。（4）用致病性強的兩種水稻白葉枯病菌株接種，檢測72株雜種植株的抗性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)共有40株表現(xiàn)抗性，其中17株對兩個菌株都表現(xiàn)抗病性。故應(yīng)