九、染色体工程

绪论1染色体工程技术是以现代生物学为基础，是生命科学发展的前沿学科和龙头学科。

2生物工程：酶工程发酵工程细胞工程（染色体工程染色体组工程基因工程细胞质工程体细胞杂交）3染色体工程技术的主要任务：研究现有chr组的增加和削减，以及新chr的合成，研究chr 的数目行为结构的变异探索生命发生发展的机制和规律，进而达到人工控制和改造生命遗传变异的目的，涉及学科较多，如细胞遗传学细胞分类学细胞地理学物种生物学遗传学包括经典遗传学数量遗传学分子遗传学人类遗传学行为遗传学时控遗传学量子遗传学毒理遗传学植物/动物/微生物遗传学群体遗传学光生物学涉及的基础学科：植物学遗传学动植物生理学4染色体工程技术这一术语是由理查德1966年提出来的，目前仍在个体水平上进行，广义的染色体工程包括应用细胞遗传学技术通过有性杂交和回交体细胞杂交的方法，有计划的转移染色体组染色体或染色体片段，将亲缘关系较近的染色体进行杂交时会产生杂交的不可交配性，通过用外源的生长物质桥梁来预先改变染色体的倍数，用混入失活的亲本花粉促进远缘花粉萌发的措施均能程度不同的提高远缘杂交结实率，对于只能发育原胚阶段的远缘杂种采用活体离体培养的方法或者是先诱导愈伤组织分化成苗的分化培养法获得远缘杂交的后代称新物种或新种质 chr概念分类chr组注意区分n x n：配子体所含染色体组。

X：系统发育的结果一个chr组中的chr数目Eg：普通小麦（6倍体）2n=6x=425染色体工程对于研究植物多样性的意义：生物多样性的主要组成部分主要是农作物农作物的多样性不仅包括任何地区任何时间所栽培的植物中全部的基因遗传（基因库），还包括半驯化半野生的种，采，伐，接摘，放牧过程中人类所利用的多种植物，这种资源越丰富，改良育种多样性越多。

农作物基因库按血缘关系的远近分为：a第一基因库栽培品种资源基因库b野生种质资源基因库c近源属或亚属植物基因库d其他属植物基因库e近缘克植物基因库f其他科植物基因库包括半驯化半野生的种6中国农用植物多样性的概括（名词概念）据不完全统计我国农用植物1万种左右可分为3个大类22个类群a食用植物：在直接食用的植物当中，包括粮食作物100种，食用油类植物100种糖类植物50余种蔬菜类200余种果树类300余种饮料类50种间接食用的植物：饲料类500余种牧草类2500余种b工业植物：木材2000种橡胶类50余种芳香油植物350种工业油类500种柔质类300种色素类60种纺织类150种昆虫胶植物（染色剂）醋酸洋红染色剂来源于胭脂虫雌虫以内c药用植物 5000余种（人用）兽用药用植物500种土农药200种d环保植物：观赏类500种指示类160种固沙防沙类固N植物农作物：抗病抗逆丰产优质育种目标：高产（稳产）优质多抗中国是禾谷类植物籽粒糯性基因的起源中心：稻粟（小米）黍高粱五谷：稻黍麦稷（高粱）菽（豆类）7染色体工程与特殊遗传材料方面的研究特殊遗传材料主要是利用染色体工程技术人工合成的同源多倍体，非整倍体异源染色体代换系易位系附加系不孕系核质置换系可以概括为某物种染色体数目或结构变异所包含基因有特殊价值并能够通过繁殖将遗传特性传递给子代的材料非整倍体：单体（2n-1）蝗虫甲虫缺体（2n-2）三体(2n+1) 四体（2n+2）eg：“中国春”小麦：普通小麦*黑麦鲍文奎：中国科学院院士以中国春为背景选育出一只哦那个春小麦（小偃麦小冰麦小簇麦及其附加系代换系易位系不少具抗病抗旱抗逆抗寒耐盐性）转基因植物a大豆：抗除草剂基因 b棉花：抗棉虫基因此外还有火铜草荞麦8染色体工程应用于分子生物学方面的研究（4种）对自主发生的DNA序列多态性进行检测和利用使作物遗传资源和育种研究具重要意义和新的发展，利用染色体工程用于远缘杂交的研究，在新种质创育方面取得显著成绩如8倍体小黑麦的研究棉花远缘杂交的研究杂交水稻的研究小麦染色体工程研究目前用于分子标记的类型:：a.RFLP:：（最早发展起来的）用限制性内切酶酶切不同个体基因组DNA后，用印迹转移杂交（即探针杂交用一段已知序列的核酸片段作探针与变性后的单链基因组DNA接触时，如果两者的碱基完全配对，则可褪火成双链通过标记的DNA探针探测有无阳性信号，从而表明被检测基因组DNA中是否含有已知的DNA序列，它是目前基因诊断的一种方法）的方法检测同源序列，酶切片段长度上的差异（也有人称之为限制性片段长度多态性（RFLP））b RAPD：随机扩增多态性，用短的DNA寡核苷酸作为随机产物，对基因组DNA进行PCR扩增而产生多态性的DNA片段，其特点是不依赖于种属特异性和基因组的结构合成一套引物，可以用于不同生物的基因分析，它基于PCR技术，分析程序简单所需DNA量很少，遗传上呈显性，已被广泛应用于基因的快速定位和遗传作图，但其受反应条件的影响较大，因而重复性交差c SSR：又称微卫星DNA（短的串联的简单的重复序列）是指含有n个（1-5）碱基对串联，重复的DNA序列，由于这些序列广泛存在于其核细胞的基因组，串联重复的数目是可变的而呈现出高度多态性以及在单个微卫星位点上可作共显性的等位基因分析，近年来，微卫星序列作为比较理想的分子结构标记广泛用于遗传图谱的构建，同一种族以及系统发育的研究。

染色体工程的研究与进展王婧雅染色体，是细胞核内由核蛋白组成、能用碱性染料染色、有结构的线状体，是遗传物质基因的载体。

但科学家对染色体的发现与研究却是经历了一个多世纪的漫长历程。

如今对染色体的研究早已不再停留在它的构造及功能，而是利用其独特的结构来实现更多超越性的科技创新，并由此有了染色体工程。

染色体工程，又称染色体操作(chromosome manipulation)，是人们按照一定的设计，有计划的削减、添加或代替同种或异种染色体，从而达到定向改变遗传特性和选育新品种的一种技术。

自从1879年,由德国生物学家弗莱明（Alther Flemming,1843～1905年）经过大量实验发现了染色体的存在。

由此后1883年美国学者提出了遗传基因（所谓遗传基因(Gene,Mendelian factor)，也称为遗传因子，是指携带有遗传信息的DNA或RNA序列，是控制性状的基本遗传单位。

）在染色体上的学说，科学家们对染色体的研究就从未断过，染色体工程也就不断在进展。

若把对染色体工程的研究分为植物和动物等几块，则植物染色体工程的基本程序是人工杂交，细胞学鉴定，在杂种或杂种后代中筛选所需要的材料。

这些研究不仅仅只在实验室里有展现，而已经运用于实践。

下面举几个运用实例：一、多倍育种。

多倍体育种是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体，是利用人工诱变或自然变异等，通过细胞染色体组加倍获得多倍体育种材料，用以选育符合人们需要的优良品种。

最常用、最有效的多倍体育种方法是用秋水仙素或低温诱导来处理萌发的种子或幼苗。

秋水仙素能抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体，但不影响染色体的复制，使细胞不能形成两个子细胞，而染色数目加倍。

例如对西瓜进行多倍体育种。

自1937年Blakeslee和Avery利用秋水仙素诱发曼陀罗四倍体获得成功以后，各国相继展开人工诱发多：、倍体的研究。

自1939年发表关于获得四倍体西瓜的报告后，多倍体西瓜育种的研究由此进入了新时代。

植物染色体工程的技术方法植物的基因组结构复杂，是生命科学领域中一个重要的研究对象。

纵观植物的染色体结构，每个植物种类的染色体数量、大小和特征都不相同，这决定了染色体工程技术的复杂性。

但染色体工程技术的发展为研究植物的基因调控、转录、表达、调制和分化提供了极佳的技术支持。

本文将介绍基于植物染色体工程的技术方法。

1、基于CRISPR/Cas9的基因组编辑技术CRISPR/Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR-associated protein 9)系统是一种功能强大的基因编辑工具，它可用于高效、方便地激发、抑制或改变目标基因的表达，并被广泛用于植物染色体工程领域。

CRISPR/Cas9是一种基于旨在识别和切割DNA序列中的特定蛋白质。

引入CRISPR/Cas9基因组编辑技术的研究方法可以帮助调控植物表达的生物化学通路，从而实现植物的生长和增收等领域的目的。

2、植物基因型定位技术植物基因型定位技术是一种现代的分子遗传学技术，可快速、准确地检测植物基因型。

制定适用的植物基因型定位方法可以用于准确地推测植物的新物质出现、生产发展和生态环境变化。

基因型定位技术是充分利用植物基因组信息来提高改良现有作物及培育高效作物的生产能力的一种先进技术手段。

3、植物荷尔蒙调节技术植物荷尔蒙调节技术主要指利用植物荷尔蒙来实现植物的生长、发育和适应。

其中，植物荷尔蒙包括生长素、激素、赤霉素、乙烯、脱落酸和细胞因子等多种。

荷尔蒙技术是一种特殊的植物工程技术，可以帮助植物适应高气温、干旱、低温等不同的环境条件，从而提高植物生产力。

4、植物基因改良技术植物基因改良技术是通过改变或增加植物自身的特征，利用现代分子遗传学手段，提高植物的抗旱、抗病、抗虫、产量、质量等性状。

经过基因改良的作物在全球范围内已得到广泛应用，这不仅提升了固定财产的生产能力，而且提高了固定财产的抗旱和抗逆性。

细胞工程细胞工程是生物工程的一个重要方面。

总的来说，它是应用细胞生物学和分子生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。

当前细胞工程所涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等方面。

通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。

根据设计要求，按照需要改造的遗传物质的不同操作层次，可细胞工程学分为染色体工程、染色体组工程、细胞质工程和细胞融合工程等几个方面。

(1)染色体工程染色体工程是按人们需要来添加或削减一种生物的染色体，或用别的生物的染色体来替换。

可分为动物染色体工程和植物染色体工程两种。

动物染色体工程主要采用对细胞进行微操作的方法(如微细胞转移方法等)来达到转移基因的目的。

植物细胞工程目前主要是利用传统的杂交回交等方法来达到添加、消除或置换染色体的目的。

(2)染色体组工程梁色体组工程是整个改变染色体组数的技术。

自从1937年秋水仙素用于生物学后，多倍体的工作得到了迅速发展，例如得到四倍体小麦，八倍体小黑麦等。

(3)细胞质工程又称细胞拆合工程，是通过物理或化学方法将细胞质与细胞核分开，再进行不同细胞间核质的重新组合，重建成新细胞。

可用于研究细胞核与细胞质的关系的基础研究和育种工作。

(4)细胞融合工程是用自然或人工的方法使两个或几个不同细胞融合为一个细胞的过程。

可用于产生新的物种或品系(植物上用得多，动物上用得少)及产生单克隆抗体等。

其中单克隆抗体技术利用克隆化的杂交瘤细胞分泌高度纯一的单克隆抗体，具有很高的实用价值，在诊断和治疗病症方面有着广泛的应用前途。

大规模的细胞培养可分为三个层次：单个细胞培养、组织培养和器官培养。

植物细胞和原生质体培养技术可以用于育种，也可用于各类植物的快速繁殖，在培养无毒苗、长期贮存种子和生产次生代谢产物等方面发挥作用。

动物细胞培养技术可用于制取许多有应用价值的细胞产品，如疫苗和生长因子等。

染色体工程技术第一章绪论概述：染色体工程是以现代生物学为基础的学科，是生命科学的龙头（带头）科学。

生物工程分类：①细胞工程：染色体工程：染色体组工程；基因工程；细胞质工程；体细胞杂交；克隆（详见第四章）②醉工程③发酵工程染色体工程研究内容：现存染色体的添加和削减以及新染色体的合成，染色体数目结构的改变，探讨生命机制、发展规律，以达到人工操制改造生物的目的。

染色体工程概念：理查德1966年，个体水平广义染色体工程:应用细胞遗传学技术通过有性杂交和回交体细胞杂交等方法有计划的转移染色体组、染色体、或染色体片段，将亲缘关系较近的染色体杂交，会产生杂交的不可交配型，通过采用外源的生长物质、桥梁亲本预先改变染色体的倍数，用混入母本失活的花粉促进远源花粉萌发的措施均能程度不同的提高远源杂交的结实率，对于那些只能发育到原胚阶段的远缘杂种采用活体一离体培养，或者事先诱导愈伤组织再分化成苗的培养方法获得远源杂交后代，即新物种或新种质。

染色体工程对研究生物多样性的的意义：“三性”：多样性、多态性、杂合性。

五个基因库卜①栽培品种资源库（第一基因库）②野生种质资源库③近缘的属或亚属的植物④其它属的植物⑤近缘的科植物⑥其他科植物中国农用植物多样性概况我国农用植物有10000种分四大类、22个类群①食用植物一一直接食用：粮食100种、食用油类100种、糖类50余种、蔬菜700种、果树300种、饮料50多种。

——间接食用500种——牧草2500种②工业用植物③药用植物④环保植物染色体工程与特殊遗传材料方面的研究利用染色体工程人工合成的同源多倍体、非整倍体、异源染色体代换系、移位系、附加系、不孕系、核质置换系，可概括为某种植物染色体(数目、结构)所含基因具有特殊的价值，并通过繁殖将遗传特殊性传递给后代。

发现创育、收集特殊材料•：1961 “中国春”小麦鲍文奎八倍体小黑麦小偃麦、小冰麦、小簇麦及其附加系染色体工程用于分子生物技术方面的研究利用染色体工程对于作物遗传、育种具有重要的意义，通过远缘杂交、分子生物学手段创育新品种。

染色体工程的研究与进展王婧雅染色体，是细胞核内由核蛋白组成、能用碱性染料染色、有结构的线状体，是遗传物质基因的载体。

但科学家对染色体的发现与研究却是经历了一个多世纪的漫长历程。

如今对染色体的研究早已不再停留在它的构造及功能，而是利用其独特的结构来实现更多超越性的科技创新，并由此有了染色体工程。

染色体工程，又称染色体操作(chromosome manipulation)，是人们按照一定的设计，有计划的削减、添加或代替同种或异种染色体，从而达到定向改变遗传特性和选育新品种的一种技术。

自从1879年,由德国生物学家弗莱明（Alther Flemming,1843～1905年）经过大量实验发现了染色体的存在。

由此后1883年美国学者提出了遗传基因（所谓遗传基因(Gene,Mendelian factor)，也称为遗传因子，是指携带有遗传信息的DNA或RNA序列，是控制性状的基本遗传单位。

）在染色体上的学说，科学家们对染色体的研究就从未断过，染色体工程也就不断在进展。

若把对染色体工程的研究分为植物和动物等几块，则植物染色体工程的基本程序是人工杂交，细胞学鉴定，在杂种或杂种后代中筛选所需要的材料。

这些研究不仅仅只在实验室里有展现，而已经运用于实践。

下面举几个运用实例：一、多倍育种。

多倍体育种是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体，是利用人工诱变或自然变异等，通过细胞染色体组加倍获得多倍体育种材料，用以选育符合人们需要的优良品种。

最常用、最有效的多倍体育种方法是用秋水仙素或低温诱导来处理萌发的种子或幼苗。

秋水仙素能抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体，但不影响染色体的复制，使细胞不能形成两个子细胞，而染色数目加倍。

例如对西瓜进行多倍体育种。

自1937年Blakeslee和Avery利用秋水仙素诱发曼陀罗四倍体获得成功以后，各国相继展开人工诱发多：、倍体的研究。

自1939年发表关于获得四倍体西瓜的报告后，多倍体西瓜育种的研究由此进入了新时代。