植物分子育种学.doc

植物分子育种学的概念运用分子生物学技术的科学性与先进性,即可以将不同物种的遗传物质( DNA 或基因)导入受体细胞,再进行培育与选择,从而育出符合育种目标要求的新品种。植物分子育种可概括为三个层次上的工程技术: 1 .将带有目的性状基因的供体总 DNA 片段导入欲改良的植物受体细胞,使其后代发生变异,从中筛选出获得目的性状的后代或符合需要的有价值的新类型, 培育出高产、优质、高抗的新品种;2. 分离目的基因, 构建重组分子, 导入需要改良的植物受体细胞, 经过筛选, 培育出获得目的性状, 且综合性状优良的后代, 育出新品种。3. 分子标记层次。植物分子育种的特点 1、打破物种分类的界限, 充分利用自然界丰富的遗传资源, 使遗传物质能在不同的植物间, 甚至在植物、动物和微生物之间进行交流; 2 、利用植株的特定细胞进行外源 DNA 或基因的转移,如卵细胞、受精卵或早期胚胎细胞;或者幼胚、幼苗、芽丛分裂旺盛的细胞, 它们随着整体生长发育的进程而完成外源 DNA 或基因的导入、整合与转化过程。无需经过细胞原生质体离体培养、转化诱导,形成再生株等一系列繁琐复杂的培养流程。 3 、适应面广,单子叶、双子叶植物均可运用这项技术达到品种创新与改良的育种效果。 4 、与常规育种相比,育种时间明显缩短,一般只需 3~4 代各选系便可稳定。 5 、方法简便,室内外(大田、盆栽场、温室等)均可进行,常规育种工作者易于掌握。周光宇提出的“ DNA 片段杂交”假说: 就整体分子而言, 远缘亲本间的染色体结构是不亲和的, 容易相互排斥。但局部 DNA 分子部分基因间的结构有可能保持一定的亲和性,因而远源 DNA 片段有可能进入受体细胞。在母体 DNA 复制过程中,这种 DNA 片段便与受体基因组相应区段整合,成为子代所表现的各种典型或非典型遗传变异现象的内在遗传依据。 DNA 片段杂交假说的分子验证 1、同工酶分析: 在高粱稻( 银坊× 亨加利) 及其亲本酯酶同工酶分析研究中发现一条与高粱相同而银坊( 母本) 没有的酶带,说明高粱稻中的这条酶带来自父本高粱; 2、 DNA 分子杂交: 在对高粱稻基因组的分析研究中,取父本高粱 DNA 与母本水稻 DNA 进行分子杂交,除去两者的同源序列,以其余的高粱 DNA 序列制备探针,与高粱稻 DNA 进行分子杂交,发现高粱稻 DNA 中存在高粱的同源序列,从而证实高粱稻基因组中确实存在高粱 DNA 片段,此即说明高粱 DNA 片段已整合于高粱稻的基因组中。 3、 DNA 复性动力学分析: 在对高粱稻及其两亲本的重复序列 DNA 复性动力学分析研究中, 发现高粱稻基因组的中度重复序列部分与母本水稻有差异,从而进一步说明这是由于父本高粱稻 DNA 整合于母本水稻基因组而造成的结果。外源 DNA 的导入是指通过某种特定的途径将外源基因或外源 DNA 片段导入受体细胞, 使之整合到受体细胞基因组中, 而实现其功能表达的过程。外源 DNA 导入植物细胞三个关键因素:一、有适宜的基因( 包括目的基因、选择标记基因或报告基因) 和合适的选择条件;二、组织培养体系,要求植物细胞必需有效的再生成株,频率高,周期短;三、外源基因导入到植物的途径和方法,要求损失小、频率高且外源基因能稳定的整合到基因组,并且具有正常的时空表达能力。外源 DNA 导入方法: 一、按照技术属性可将它们分为物理法、化学法、生物法。 1 、物理法:基因枪法、电激法、微注射法、激光穿刺法、超声波法、碳化硅纤维法等; 2 、化学法:聚乙二醇( PEG )法、磷酸钙- DNA 共沉淀、脂质体法等; 3 、生物法:农杆菌介导法、花粉管通道法、浸渍法、病毒介导法等。二、按照媒介类型的有或无,可分为载体介导法、直接导入法和种质系统介导法: 1、载体介导法: 将目 DNA 转入农杆菌或病毒中, 并以之为载体, 随着它们对植物的感染而将目的 DNA 导入植物细胞中;2、直接导入法: 以裸露的外源 DNA 通过化学或物理方法直接导入植物细胞;3、种质系统介导法: 借助植物自身的种质细胞与媒介( 如花粉、子房、花粉管通道、幼胚等) 来实现外源 DNA 导入, 它包括花粉管导入法、子房、幼穗、幼胚注射法、种子浸渍法等。一、农杆菌介导法又包括:(1) 创伤植株感染法( 又叫做整株感染)(2) 原生质体和农杆菌共培养法转化植物细胞(3) 叶盘法转化植物细胞。目的基因通过这种方法进入植物细胞要分几个步骤走: 第一,将目的基因重组到适当的 Ti 质粒载体或 Ri 质粒载体或其它类型的载体上。根据所选用的载体系统进行重组。重组方法就是基因工程中常用的一些基本方法。第二,目的基因随载体进入农杆菌(即转化农杆菌)。 1) 直接转化法; 2) 三亲交配法。第三,目的基因进入植物细胞,即植物细胞的转化