关于细胞工程介绍

将一种生物的特定染色体，按照人们的意图予以消除、添加、或同别的生物的染色体置换、或改造的技术。目前基因工程的 *** 作技术多限于单个或少数基因在大肠杆菌等微生物中的表达。为了改变真核细胞的遗传性和控制高等生物的生命活动，还必须研究和开发染色体工程，建立一种新的技术体系，把所需的基因或染色体片段整合到染色体的任意位置，并能将有关遗传信息在细胞分裂中一代又一代的传递下去。目前这方面的工作还处于起步阶段。

动物细胞的染色体工程

又称为染色体转导，或染色体介导的基因的转移。染色体转导术，目前有两类，其一，称为微细胞转移术。应用低浓度秋水仙素长时间处理可使细胞微核化，经去核处理后，可得到只含相当于几个乃至一个染色体的微细胞。微细胞被导入完整细胞以后仍显示RNA合成，因而微核编码的基因信息可望在微细胞异核体内表达出来。如小鼠的微细胞可被导入至另一品系的小鼠或仓鼠乃至人的HeLa细胞内。电泳检测显示存在着小鼠基因型的大分子物质，如脂酶D、嘌呤核苷磷酸化酶和肽酶 B。已知前两种酶的结构基因定位于小鼠的第14号染色体上。提示小鼠的该号染色体已进入宿主细胞内并行使其功能。

另一种方法是先诱发细胞同步分裂，继用秋水仙素阻抑细胞分裂于中期，再破碎细胞，通过离心收集大量的中期染色体。有人把此法得到的人或仓鼠的中期染色体转移到小鼠细胞内，并探查到有特异的供体基因的功能产物，如胸苷激酶(TK)与次黄嘌呤磷酸核糖基转移酶(HPRT)。并推测整合到宿主小鼠内携带TK基因的染色体片段约大于 17000个碱基。有人证明通过染色体介导的基因转移，不仅在宿主细胞的分裂过程中能稳定地传给子代，而且还能进行连续转移，如人染色体基因可以转移到小鼠细胞内，然后再使用同样的技术从小鼠细胞转移到中国仓鼠细胞内。这些实验是在染色体水平上进行基因转移的良好开端。

植物细胞的染色体工程

在高等植物方面的染色体工程，目前还仅在六倍体普通小麦与其他种、属之间做过。六倍体普通小麦的染色体组型是由野生一粒小麦AA、小斯卑特山羊草BB和汇山羊草DD三种类型的染色体组融合而成，是一种能正常繁殖的种间杂种(AABBDD)，因此，很容易容纳其他种、属染色体添加或替代。这个领域的研究目的在于改良作物品种和探究物种起源。

（1）单体植物，起初是利用自然发生的单倍体普通小麦制作。现在则用人工诱导花粉或未受精的子房产生的单倍体植株为材料进行。这是因为普通小麦的单倍体植株只有21条染色体，都不是成对的，因此在成熟分裂（见减数分裂）时没有联会的对象，故仍为单价染色体。这21个单价染色体能排列在赤道板上纵裂为二，在后期Ⅰ被平均分配到细胞的两极。但在第二次分裂时，这21个染色体不再纵裂，随机分开，结果产生了染色体数从0～21个的 21种类型的配子。这些配子只有具19条或20条染色体的有受精能力。因此，如果用正常植株的花粉(n＝21)给单倍体植株授粉，n＝20的卵细胞以一定的比例受精，结果得到2n＝41的植株。其染色体组型中有20条染色体因有同源(对应)染色体故可以配对形成二价染色体。而只有一条染色体没有配对，成为单价染色体，因此称这种类型的植物叫单体植物。例如，美国米苏里大学的E.R.西尔斯于1937～1954年共用了十七年的时间，用中国春小麦中发现的两个单倍体植物与正常花粉授粉，得到的后代中找到了 5种单体植物。其后用同样方法制作一套21种单体植物。除普通小麦外，烟草和硬粒小麦也制成了一套单体植物。

（2）缺对植物，单体植物的体细胞染色体数为2n＝41。在成熟分裂后，将形成两种配子，即n＝21，n＝20，这两种雌雄配子都有受精能力，而且自花授粉后也容易结实。不过两者受精率的高低有差别。因此，受精时，两种配子按一定比例进行结合。结果见表1。如果缺失型的花粉与缺失型的卵细胞结合为受精卵，由此发育成的植物，将比通常的普通小麦少一对染色体，所以叫缺对植物。E.R.西尔斯用此方法也培育出了一套普通小麦缺对植物。

（1）同种染色体的添加，所添加的染色体来自同种个体，添加一个的叫三体植物(2n+1)；添加一对的叫四体植物(2n+2)。三体植物和单体植物一样，可得自单倍体三倍体或缺体。它的来源很多。如普通小麦单体植物在成熟分裂时，有时会出现不分离现象（即单价染色体的二个姊妹染色单体在后期Ⅰ被同时拉到同一极，而不是各自分配到两极）。结果所形成的四分孢子，其中三个的染色体数是n＝20，一个是n＝22。如果多一个染色体的配子与正常花粉或卵细胞 (n＝21)受精后，就成为三体植物(2n＝43)，比原来正常普通小麦多了一个染色体。三体植物自花授粉的后代中就有四体植物出现。因为三体植物在成熟分裂时形成两种配子(n＝21，n＝22)。如果让三体植物自花授粉，就会出现三种类型的子代，如表2所示。其中就有新型的四体植物，比正常植物多两条染色体。

（2）异种染色体的添加，所添加的染色体来自别种植物。以普通小麦(W)和黑麦(R)2n＝14杂交为例(图1）。由于黑麦染色体不能和普通小麦配对，在成熟分裂染色体重组时，黑麦基因不能直接转移到小麦染色体上，而只能将黑麦整个染色体组加到小麦的染色体组中，所得子一代杂种为多倍单倍体(21′W7′R)，仅28个染色体。经过秋水仙素处理加倍后，成为小黑麦八倍体(21″W7″R)共有56个染色体，再与小麦回交得到七倍体(21″W7′R)，共49个染色体。然后与小麦再回交一次，就可得到外加的单体植物。单体植物自交后得二体植物(44个染色体21″W1″R)。另外，还有一个外加系是加入了黑麦第Ⅱ对染色体，成为44个染色体的二体植物。这种外加系能使小麦抗锈病（见染色体倍性）。

用同种或异种染色体来替代某特定染色体的技术。其目的是要把已知道的具有抗病或其他有利特性的某一染色体来替代另一个具有其他性状的染色体，以改良作物品种。染色体替代有三种方法：

（1）用普通小麦自身的染色体来替代。例如，普通小麦的一对1A染色体被一对1B染色体替代后，就能育成缺对1A、四体 1B植物，即缺对-四体植物。这种类型的植物是由缺对1A与四体1B杂交后所得子一代再自花授粉后选育而成。

（2）普通小麦的一个品种的染色体用别的品种的染色体来替代，叫做同种染色体替代。如果用正常普通小麦B品种的花粉，与缺对的A品种杂交，所得子一代自花授粉，则在子二代就能选育出A品种的缺对的二条染色体被B品种染色体替代的植物。

（3）用异种植物的染色体来替代，叫异种染色体替代。例如，普通小麦的2A染色体可用黑麦的2R染色体替代。为了达到这个目的，首先要育成基本材料缺对植物(2n＝42-2A)和异种染色体外加系(2n＝42+2R)。这样就可把普通小麦缺对2A与小麦2R染色体外加系（具有21对小麦染色体加上一对黑麦2R染色体）杂交，子一代杂种染色体2n＝42，其中20对染色体是除2A外的全部普通小麦染色体，其余二个一价染色体是2A和2R，成熟分裂时可产生四种类型配子，即：n＝20+2A+2R，n＝20+0，n＝20+2A＝21，n＝20+2R＝21。这最后一种是具有除2A以外的20个普通小麦染色体一个黑麦的2R染色体。因此，子一代杂种自花授粉的后代中，就能得到所期望的异种染色体替代植物。即一对黑麦的2R替代了一对小麦的2A(20″W2″R)。

现在，应用染色体工程的方法，在许多添加和替代染色体工作中，已经获得了不少有遗传学和育种学价值的品系。例如，获得了添加单个冰草染色体的小麦品系中间，有的能抗粉露菌病、秆锈和叶锈。这种抗性均呈现显性单因子遗传。将黑麦第Ⅲ对染色体加到软粒小麦对粉露菌病有抗性。用冰草的一个染色体替代软粒小麦染色体3D，使软粒小麦对秆锈有抗性。这些在生产实践上都有实用价值。

染色体组工程