基因重组与杂交育种

这是一篇关于基因重组与杂交育种的思维导图，主要内容有概论、原核微生物的基因重组、真核微生物的基因重组。

基因重组与杂交育种

• 概论
  • 基因重组
    • 把两个不同性状个体内的遗传物质基因转移到一起，经遗传分子间的重新组合，形成新遗传型个体方式
    • 作用
      • 重组可使生物体在未发生突变情况下，也能产生新遗传型的个体
    • 意义
      • 基因重组是杂交育种的理论基础
  • 重组与杂交的关系
    • 1、重组是分子水平上的概念，是遗传物质分子水平上的杂交；而一般所说的杂交则是细胞水平上的概念
    • 2、杂交中必然包含着重组，而重组则不限于杂交这一形式
    • 3、真核微生物中的有性杂交、准性杂交等及原核生物中的转化、转导、接合和原生质体融合等都是基因重组在细胞水平上的反映
  • 杂交育种
    • 优点
      • 1、由于杂交育种选用已知性状的供体菌和受体菌作为亲本，因此，不论在方向性还是自觉性方面，均比诱变育种前进一大步。
      • 2、利用杂交育种往往还可以消除某一菌株在经过长期诱变处理后出现的产量上升缓慢的现象，因此，它是一种重要的育种手段。
    • 缺点
      • 方法较复杂，工作进展较慢，很难像诱变育种技术那样得到普遍的推广和使用。到了70年代后期，由于原生质体融合技术获得成功后，才使重组育种技术获得飞速发展。
• 原核微生物的基因重组
  • 转化
    • 转化是指受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌的游离DNA片段，并把它整合到自己的基因组中，而获得部分新的遗传性状的基因转移过程。
    • 有关名词
      • 受体菌：转化基因的接受者
      • 供体菌：转化基因的提供者
      • 转化因子：来自供体菌的DNA片段
      • 转化子：将转化基因重组进入自身染色体组的重组子
    • 发生条件
      • 1、受体细胞要处于感受态（感受态：受体细胞能从环境吸取外源DNA片段并实现其转化的一种生理状态）
      • 2、供体DNA片段（转化因子）大小适宜，分子量一般为1×107 D。
      • 3、菌株间的亲缘关系密切
    • 根据感受态建立方式，转化分类
      • 1、自然遗传转化
        • 过程：吸附--切割--降解，同时切割的单链入胞--同源部分配对、整合--复制分裂，只有一个子代DNA分子获得供体基因--得到一个转化子和一个非转化子
        • 普遍性
      • 2、人工转化
        • 概念：人工转化是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA能力，或人工地将DNA导入细胞内。
        • 方法
          • 1、CaCl2处理细胞，使其成为能摄取外源DNA感受态状态
          • 2、电穿孔法用高压脉冲电流击破细胞膜，或击成小孔，使各种大分子（包括DNA）能通过小孔进入细胞
    • 转染与转化区别
      • 把噬菌体或其它病毒DNA（或RNA）抽提出来，去感染感受态的宿主细胞，进而产生正常的噬菌体或病毒的后代。
      • 与转化区别
        • 1、病毒或噬菌体并非遗传基因的供体菌
        • 2、中间不发生任何遗传因子的交换或整合。
        • 3、不产生具有杂种性质的转化子。
  • 转导
    • 概念
      • 转导是以缺陷噬菌体为媒介，将供体细胞的DNA片段携带到受体细胞通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状现象。
    • 转导子
      • 转导子是获得新遗传性状的受体细胞。
    • 类型
      • 1.普遍转导
        • 概念
          • 普遍性转导通过完全缺陷噬菌体对供体菌任何DNA小片段的“误包”而实现其遗传性状传递至受体菌的转导现象。一般用温和噬菌体为媒介。
        • 完全普遍转导
          • “感染复数(MOI :multiplicity of infection):即侵染时噬菌体与细菌/细胞个数之比。
        • 流产普遍转导
          • 受体菌经转导获得的供体DNA片段在受体菌中不发生配对、交换和整合，也不迅速消失，而是进行转录和转译（性状表达），这种现象称流产普遍性转导。
          • 现象：发生流产转导的细胞在细胞分裂后，只能将这段外源DNA分配给一个子细胞，而另一子细胞仅获得供体基因的产物——酶，在表型上表现出轻微供体菌特征，每经过一次分裂，就受到一次稀释。
      • 2.局限转导
        • 定义
          • 通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌，并获得表达的转导现象
        • 特点
          • 噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬菌体
          • 只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体整合位点两侧的基因）。
          • 该特定基因由部分缺陷的噬菌体携带。
          • 缺陷噬菌体是由于其在形成过程中所发生低频率（10– 5）“误切”，或由于双重溶源菌的裂解而形成（约形成50%缺陷噬菌体）。
        • 分类
          • 低频转导（LFT）
            • 一般的转导，从宿主染色体切离时发生不正常切离的频率极低，故这种裂解物中的部分缺陷噬菌体的比例是极低（10– 4 ～ 10– 6），这种裂解物称低频转导
            • 用LFT裂解物以低 m. o. i（感染复数）感染宿主，可获得极少量局限转导子，即低频转导。
          • 高频转导
      • 二者比较
  • 接合
    • 概念
      • 两个亲本细胞通过直接接触来转移遗传物质的基因重组方式。
    • 接合子是通过接合而获得新性状的受体细胞。
    • F因子
      • 性菌毛是在性质粒（F因子）控制下形成。F+菌体内的质粒或染色体DNA可通过中空的性菌毛进入F-菌体内，这个过程称为接合（conjugation）。
      • 根据F因子在E. coli中有无，及与染色体关系，可将E. coli分为四种类型
        • F-cell、F+cell、Hfr cell、F'cell
      • 接合中断实验
        • 接合试验DNA转移过程存在着严格的顺序性，在接合进行中采用定时人为中断的方法，可以获得呈现不同数量 Hfr 性状 F– 接合子，据此，可以选定几种有特定整合位点 Hfr 菌株，使之与F–菌株进行接合，并在不同时间使其中断，最后，根据F–中出现Hfr菌株中各种形状的时间顺序（分钟），可绘出较为完整环状染色体图。
      • F因子转导
        • 携带F ’因子的菌株，性状介于F+与Hfr之间，这就是初生F’菌株。通过初生F ’菌株与F-菌株的接合，就可以使后者转变成F’菌株，这就是次生F’菌株，它是一个部分双倍体。既获得F因子，又获得初生F’菌株的若干遗传性状。
        • 以F ’质粒来传递供体基因的方式，称为F因子转导(F-duction)、性导(sexduction)或F质粒媒介的转导(F-mediated transduction)。
          • 
  • 原生质体融合
    • 原生质体融合是通过人为方法，使遗传性状不同两细胞的原生质体发生融合，并进而发生遗传重组以产生同时带有双亲性状的遗传性稳定的融合子的过程。
    • 适用范围：各种生物细胞都能进行原生质体融合，包括各种原核生物、真核微生物以及高等动植物和人体的不同细胞。
    • 意义：70年代后发展的一种新育种技术，继转化、转导和接合之后一种更有效的转移遗传物质的手段。原生质体融合不仅能在不同菌株或种间进行，还能在属间、科间甚至更远缘微生物或高等生物细胞间融合。
    • 优点
      • 可以提高重组率
      • 双亲可以少带标记或不带标记
      • 可进行多亲本融合
      • 有利于不同种间、属间微生物的杂交
      • 通过原生质体融合提高产量
    • 步骤
      • 选择亲株--制备原生质体--原生质体融合--原生质体再生--筛选优良形状的融合重组子
• 真核微生物的基因重组