《园林植物遗传育种学》串讲课件.ppt

园林植物遗传育种学,绪 论,园林植物（观赏植物）育种：以遗传学理论为指导，将天然存在的或人工创造的变异类型，通过引种、杂交育种、选种、或 良种繁育等途径改良观赏植物固有类型而创造新品种的技术与过程。,一 遗传与变异,遗传（heredity)：亲代与子代之间的相似现象变异（Variation)：生物个体之间的差异（世代之间、同代个体之间）遗传学：研究生物遗传与变异的科学，遗传物质的结构和功能，以及遗传信息的传递与表达园林植物遗传学：以园林植物为主要对象，研究其遗传变异规律的科学。,第一章 遗传的细胞学基础,第一节 细胞结构,细胞结构染色体,染色体形态、结构和数目,染色体的组成：DNA和蛋白质组蛋白：H2a、H2b、H3、H4，十分固定非组蛋白：不固定染色体的基本结构：核小体（1974，Kornberg提出，由组蛋白质和DNA组成的DNA-蛋白质纤丝的结构单位）,第二节 细胞分裂,有丝分裂：生长、发育和繁殖的基础，通过有丝分裂，遗传信息在细胞世代间传递。减数分裂：发生在有性生殖过程中配子形成阶段,一 有丝分裂,细胞周期：一个细胞的生活史（上一次细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束分裂间期分裂期,分裂间期：上次分裂结束到下次分裂开始G1期S期（DNA合成期或染色体复制期G2期（合成后期,细胞分裂期：核分裂前期：染色体出现，缩短变粗中期：染色体排列在赤道板位置，着丝粒附着纺锤丝后期：姊妹染色单体分开，移向两极末期：染色体分散并消失，核仁、核膜形成质分裂有丝分裂细胞周期,二 减数分裂：发生在有性生殖过程中配子形成阶段,DNA的变化：一次DNA复制（S期）和连续两次的细胞分裂，形成的子细胞染色体数为母细胞的一半。减数第一次分裂减数第二次分裂前期II中期II后期II末期II,减数第一次分裂前期I：细线期：染色质浓缩呈细线盘绕成团偶线期：同源染色体（大小、形态结构相似、代谢和遗传功能相同）彼此靠拢，配对联会。粗线期：缩短加粗，配对的同源染色体称二价体或四联体。有可能发生染色体片段之间的交换，产生遗传性状的重新组合。双线期：同源染色体互相排斥而分离，非姊妹染色体间的交错交叉，交叉端化终变期（浓缩期）：缩到最短最粗中期I：后期I：同源染色体对分开，每条染色体的两个染色单体因共有一个着丝点而不分开末期I：,有丝分裂和减数分裂的异同点1.减数第一次分裂和有丝分裂的比较相同点：分裂间期及在间期的DNA复制不同点：,减数第二次分裂和有丝分裂过程的比较相同点:分为前、中、后、末4个时期，染色体形态变化基本相似，划分时期的指标也基本相同。不同点,遗传学基础三大规律分离规律自由组合规律连锁与交换规律,第二章 孟德尔（Mendel)定律,第一节 分离规律,分离现象：在F2 代中不仅出现显性性状，同时也出现隐性性状，二者的分离比约为3：1,三 基因型、表现型,等位基因：同源染色体上位点相同、控制着同类相对性状的基因基因型（genotype)：生物体的遗传组成纯合体：同源染色体的相同位点上基因的两个成员完全一致，如CC、cc，真实遗传。杂合体：等位基因的两个成员不一致，如Cc，后代性状发生分离。表现型（phenotype):生物个体表现出的性状,实质：杂种在形成配子时，成对遗传因子发生分离，产生类型不同而数目相等的两类配子,四 分离规律的验证,测交法：把杂种或杂种后代与隐性纯合亲本交配，以测定杂种或其后代的基因型。自交法：以F2植株自交产生F3植株，然后根据F3的性状表现来证实所设想的F2基因型花粉直接检查法：玉米、水稻、高粱、谷子、黍等,第二节 自由组合规律（独立分配定律）（Law of independent assortment),一 自由组合的遗传现象（对两对和两对以上相对性状的遗传现象进行分析研究）,三 多对相对性状的遗传分析,四 自由组合定律的验证,测交法自交法,第三节 基因的相互作用,一 等位基因的相对效应1.等位基因间的相互作用完全显性：不完全显性：相对性状杂交，杂种表现出双亲的中间性状超显性：一对相对性状纯合的亲本杂交，杂种 表现出超过双亲的性状（正向、负向）（单基因杂合优势）,不完全显性,等位基因的自主效应镶嵌显性（定位作用，即某些基因只有在某些组织细胞里表现出定位的自主性状）：当两亲本杂交，个别亲本的特征，在F1同名器官的不同部位，分别表现出来。共显性：杂合子中一对基因都得以表现,三 复等位基因的效应,复等位基因：同一位点上具有多个不同的等位形式的基因（等位基因个体，复等位基因群体),四 非等位基因的相互作用基因互作：不同基因之间发生相互作用，共同决定新性状的遗传现象,互补作用：累加作用 重叠作用 显性上位 隐性上位 抑制作用,环境对基因表达的影响,表型模写：基因型变化造成的性状改变与环境变化造成的性状变化相似,第三章 连锁与交换规律,连锁遗传现象：原来为同一亲本所具有的两个性状，在F2中常常有连系在一起遗传的现象。相引组：两个显性性状连系在一起遗传，两个隐性性状连系在一起遗传的杂交组合相斥组：一个显性性状和一个隐性性状连系在一起遗传，一个隐性性状和一个显性性状连系在一起遗传的杂交组合,第二节 连锁遗传的解释和验证,1910年Morgon(摩尔根）通过果蝇实验确立了遗传学的第三个基本规律连锁遗传，并创立了基因论基因在染色体上呈现直线排列的假说。,交换：杂合的F1在形成配子时，两条同源染色体上的等位基因之间发生了交换(染色体内重组）交换发生的时间：发生在染色体复制和同源染色体联会以后（在减数分裂前期I的粗线期）交换发生的部位：同源染色体的非姊妹染色单体之间，表现为连锁基因的重组,不完全连锁：两对基因位点间发生交换，F1除产生亲本型配子外，还产生重组型配子。完全连锁：同一染色体上的基因构成一个基因连锁群，它们在遗传的过程中不可能独立分配，而是随着这条染色体作为一个整体共同传递到子代中去；除亲本类型外不出现新类型。,第三节 重组值和基因定位,一、重组值：重新组合的配子数占总配子数的百分率 重新组合的配子数 重组值=*100%总配子数 测交法 自交法,重组值,基因之间的距离,连锁遗传图（遗传学图、染色体图）：存在于同一染色体上的基因，及其同源染色体上的基因，组成一个连锁群。把一个连锁群的各个基因之间的距离和顺序标志出来，绘成连锁遗传图图距：两个基因在染色体图上距离的数量单位1cM（厘摩）=1%的重组值去掉%的数值,第四节 性别决定与伴性遗传,性别决定性染色体本身决定性别性染色体的数目决定性别染色体组的倍数决定性别,伴性遗传：控制性状的基因在性染色体上的遗传方式（遗传的染色体学说的直接证据）,第四章 数量性状的遗传,质量性状：表现不连续变异的性状数量性状：表现连续变异的性状,第一节 数量性状的遗传方式和多基因假说,一 数量性状的遗传方式,数量性状的特点,连续性广泛的变异易受环境条件影响,二 多基因假说,数量性状同时受多基因控制每个基因对性状的影响是微小的，等效的，其作用是累加的等位基因间的显隐性关系通常不存在,它们的传递方式也遵循孟德尔式的基本遗传规律。,三 基因的相互作用,加性作用累加作用效应：等位基因或非等位基因之间无显隐性关系，基因的作用是按一定的常数累加 倍加作用效应非加性作用显性作用部分显性作用超显性作用非等位基因之间的互作,第二节 遗传力,表现型值（P）遗传型值（G）环境值（E）VPVGVE VGVAVDVI VPVAVDVIVE,遗传力（heritability）指亲代传递某一遗传特性给后代群体的能力,hB2=VG/Vp100%hN2基因加性方差/总方差100VA/VP100,第六章 染色体结构变异,染色体结构变异的种类,缺失重复倒位易位,自发产生诱变剂诱发,第七章 染色体数目的变异,第一节 染色体组及其倍数的变异,染色体组：来自二倍体生物一个配子的全部染色体，染色体的形态、结构和连锁基因群都彼此不同，但它们构成一个完整协调的最基本的体系，共同控制着生物体的生长、发育、遗传和变异，缺少其中任何一个都造成不育或性状变异。染色体基数：一个染色体组内含有的染色体数，用x表示。,染色体数目变异的种类,整倍体：体细胞内含有完整的染色体组二倍体：体细胞内含有两个完整的染色体组多倍体：体细胞内多于两个完整的染色体组同源多倍体：加倍的染色体组来自同一物种、或在原有染色体组的基础上加倍而成异源多倍体：增加的染色体组来自不同的种属单倍体：体细胞内具有本物种配子染色体数目的个体配子中染色体数常用n表示,非整倍体：染色体组内的个别染色体数目有所增减，使细胞内的染色体数目不成基数的完整倍数单体：2n-1,某一对染色体缺少了一条双单体:2n-1-1，从两对染色体中各缺少一条缺体:2n-2(1)，缺少了一对同源染色体双体：通常称2n的正常个体为双体三体:2n+1双三体:2n+1+1四体:2n+2(1),第二节 整倍体的类别及遗传表现,特点：高度不育，植株矮小,一、单倍体,二、多倍体,多倍体；（形态、基因剂量）同源多倍体（autopolyploids)同源三倍体：高度不育同源四倍体：部分不育异源多倍体(allopolyploids)物种演化的重要因素,第八章 基因突变,基因突变：染色体上某一基因位点发生了化学性质的变化，从一种等位形式突变为另一种等位形式的变化（点突变）,第一节 基因突变的时间和类型,时间体细胞突变保持分裂的细胞突变体区（可见的斑块）不再分裂的细胞生殖细胞突变,第二节 突变的原因,自发突变：由环境条件的自然作用或生物体内的生理和生化变化而发生的突变DNA复制错误自发的化学变化：脱嘌呤，脱氨基诱发突变：人们有意识地用诱变因素（电离辐射、化学药剂）处理而发生的突变,第三节 基因突变的特征,突变的稀有性：突变的重演；突变的可逆性突变的多方向性和复等位基因：突变的平行性：突变的有害性和有利性,遗传物质的变异,突变基因染色体结构 染色体畸变染色体数目重组：染色体的序列发生重排及新的组合（独立分配、交换在后代中出现新的基因组合的过程）,第九章 细胞质遗传,第一节细胞质遗传的特点,核遗传（染色体遗传）：核染色体上的基因决定的遗传现象核外遗传（非染色体遗传）：染色体以外的基因所决定的遗传现象细胞质遗传：细胞质中固有成分中的基因控制或影响的性状遗传,一、细胞质遗传的特点,正交与反交结果杂种表现不一样杂种均表现母本的性状特点性状不能通过父本传递,呈母系遗传杂种后代不表现Mendel式的分离性状为细胞质基因所控制，并由细胞质一代一代传下去,第二节植物雄性不育的遗传,可遗传的雄性不育,核不育型：核基因决定的，多由基因突变所引起。能为显性基因所恢复，有性繁殖时不能保持这种不育性用于无性繁殖的植物。细胞质不育型：由细胞质内的基因所决定。后代总是不育以营养体为产品的植物中利用核质互作不育型：由细胞质基因和核基因相互作用共同控制着不育性,核质互作不育型：不育系：细胞质和核都带有不育基因 S(rr)保持系：S(rr)能被N(rr)所保持，在后代出现全部为不育的个体恢复系：S(RR)或N(RR)具有使S(rr)的后代恢复育性的能力,第十章 遗传物质的分子基础,第一节 核酸是遗传物质,第二节 核酸的化学组成和双螺旋模型,一 核酸的化学组成：核苷酸的多聚体DNA:RNA:,脱氧核苷酸的组成,腺嘌呤,胸腺嘧啶,胞嘧啶,鸟嘌呤,二、DNA与RNA的分子结构,Watson 和Crick提出双螺旋的依据,2.Chargaff:对DNA分子的化学分析A+G=T+C（嘧啶核苷酸=嘌呤核苷酸）A=T，C=G不同生物的DNA碱基组成有明显的差异，表明具有物种的特异性，但没有组织的特异性和不同发育阶段的特异性,DNA双螺旋模型的特点,DNA分子由两条反向平行的多核苷酸链组成，即两条链的5和3方向相反双螺旋的直径是2nm；螺距是3.4nm，每个螺旋有10个碱基对糖-磷酸键是在双螺旋的外侧，两条链上的碱基通过氢键形成碱基对，碱基对的平面与轴线垂直碱基配对时，必须是一个嘌呤，一个嘧啶,三 DNA分子的物种特异性,四种碱基的比率（A+T/G+C)排列顺序,第三节 DNA和RNA的复制,DNA半保留复制,DNA的复制,DNA复制的起始点有多个，同时复制（放射自显影术所证实）；DNA的合成在一条模板链合成是连续的，而在另一条模板链上的合成是不连续，半不连续复制（冈崎片段）；DNA的复制需RNA做引物。,第四节 蛋白质的合成,一 遗传密码,三联体密码（密码子）：一个密码子由三个连续的核苷酸组成,简并：一个氨基酸由一个以上的三联体密码所决定的现象遗传密码无逗号，不重迭遗传密码通用性密码子有起始密码子和终止密码子,二 蛋白质的合成,遗传信息的转录和RNA翻译,（一）转录（transcription),转录：基因表达时以DNA的一条链为模板合成RNARNA聚合酶：催化合成RNA的酶（以DNA为模板，按5 3方向合成,信使RNA(message RNA-mRNA)：合成蛋白质的模板，即mRNA的碱基序列，决定着蛋白质装配时氨基酸的序列tRNA(transfer RNA)：转运特异氨基酸的运载工具rRNA(ribosomal RNA)：合成蛋白质的装置,转录:以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚合酶的催化下，以4种rNTP（ATP、CTP、GTP、UTP）为原料，合成RNA的过程。,（二）翻译：以mRNA为模板，在核糖体上合成蛋白质的过程。,tRNA和氨基酸的结合氨基酸的活化氨基酰-tRNA的形成肽链的合成（多肽链的起始、增长和终止）,蛋白质的合成,起始：蛋白质头两个氨基酸之间肽键形成的反应。起始复合物（核糖体+mRNA+第一个氨基酰-tRNA）（通常决定mRNA翻译的速率）延伸：从合成第一个肽链到最后一个氨基酸的加入终止：完整肽链的释放，同时核糖体从mRNA上解离下来蛋白质合成蛋白质合成过程,三、中心法则,阐明基因的自我复制和蛋白质合成两个基本属性：遗传信息由DNA传向DNA，或由DNA传向RNA，然后决定蛋白质的特异性,DNA RNA PROTEIN 表型 代谢 生长 分化 发育,第五节 基因的概念,基因是编码有功能产物的DNA片段蛋白质RNA（tRNA,rRNA)负责编码特定的遗传信息的功能单位，其内部又是可分的，包含多个突变和重组单位。,基因组：能维持配子或配子体正常功能的最低数目的一套染色体及包含的一整套基因。断裂基因(split gene)（割裂基因，不连续基因）：一个基因，往往由几个互不相邻的段落组成，它们被长达数百乃至数千个碱基对的插入序列所间隔。基因中编码的序列外显子（exon),不编码的间隔序列内含子（intron)重叠基因：同一段DNA序列上可得到不同的mRNA产物以编码多种蛋白质（仅在噬菌体和病毒中存在）重复基因：短片段的重复序列转座子（transposon)（跳跃基因，jumping gene):能够反复插入到基因组中好多位点的特殊DNA片段，它可以从基因组的一个位点转移到另一位点。转座以很低的频率发生，而且插入是随机的，引起基因表达的改变。,DNA结构的突变碱基替代突变：一个核苷酸被另一个核苷酸替换转换突变：一个嘌呤被一个嘌呤替换或一个嘧啶被另一个嘧啶替换颠换突变：一个嘌呤被一个嘧啶替换或一个嘧啶被一个嘌呤替换删除突变插入突变,对蛋白质的影响沉默突变：不改变编码氨基酸的密码子的变化（一般是第三位）无义突变：编码氨基酸的密码子变成终止密码子，导致氨基酸链在翻译过程中过早终止错义突变：密码子的变化导致一个不同的氨基酸的产生，改变了多肽链的一级结构及蛋白质的功能中性突变：密码子的突变产生了一个不同的氨基酸，但新氨基酸与原来氨基酸的行为相似，不改变蛋白质的功能移码突变：删除或插入一个或几个核苷酸（不是3或3的倍数）造成的阅读框的移动，在其下游产生大量的无义或错义密码子,第十一章群体的遗传与进化,基因型频率：群体中某特定基因型个体的数目，占个体总数目的比率（D,H,R),第一节 基因型频率和基因频率（群体的遗传结构）,基因频率（等位基因频率）：某一座位上等位基因占该座位上等位基因总数的比率（p,q)群体中某个座位的特定等位基因的拷贝数基因频率=群体中该座位所有等位基因数,繁殖如何影响群体的基因和基因型频率,第二节 哈迪温伯格(Hardy-Weinberg)法则,一个大的随机交配群体中，没有迁移、突变和选择（理想群体，没有进化的压力）群体内的基因频率和基因型频率在世代中达到平衡，而且保持不变。不论亲代的基因型如何，只要通过一代的随机交配，这个群体就可以达到遗传平衡处于遗传平衡群体，任何世代基因型频率和基因频率的关系D=p2,H=2pq,R=q2,第三节 影响Hardy-Weinberg平衡的因素,一、基因突变:潜在的改变群体中等位基因频率的力量,二、迁移或基因流：个体从一个群体迁入另一个群体或从一个群体迁出，然后参与交配繁殖，导致群体间的基因流动基因流,三、遗传漂变：当群体不大时，由于抽样的随机误差所造成的群体中基因频率的随机波动,四、选择自然选择：人工选择：,适合度：（度量自然选择的参数，基因型相对的繁殖能力）基因型能在一定环境下生存并将其基因传给下一代的相对能力(某种基因型相对成活繁殖率）W。W=1，产生最多后代的基因型选择系数：某一基因型在群体中不利于生存和繁殖的相对程度S,五、群体的遗传结构：群体中各种基因的频率，以及由不同的交配体制带来的各种基因型在数量上的分布（遗传变异在群体之内和之间的分布型以及在时间上的变化）,物种形成,物种(species)：个体间可能相互交配而产生可育后代的自然群体物种形成方式地理的物种形成（渐变式物种形成）隔离机制：造成两个或几个亲缘关系比较接近的类群之间不易交配或交配后子代不育的原因地理（空间）隔离：近缘的类型存在于不同地理区生殖隔离：时间、不亲和量子式物种形成（快速或爆发式物种形成）：,第十二章 观赏植物花色遗传,一、色素的种类与花色,类胡萝卜素胡萝卜素胡萝卜醇类黄酮花色素苷黄酮、黄酮醇（花黄色素）查耳酮、橙酮其它（甜菜色素）,三、影响色素表现的因素,色素的种类（结构）细胞液的pH值共（着）色作用（co-pigmentation)：许多在花瓣中无色的类黄酮，能通过与花色素苷形成复合物来影响花的颜色金属络合物的影响：金属离子与花色素苷相互作用导致花颜色的改变花瓣细胞形状的影响环境,第十三章 彩斑遗传,第一节 彩斑的概念和分类彩斑的概念：植物体花、叶、果实、枝干等部位的异色斑点、条纹统称为彩斑,花瓣彩斑的分类,规则彩斑：花环：花眼：花肋：花边：花斑：不规则彩斑：花瓣上具有非固定图案的异色散点或条纹，形成“洒金”；有些花朵被划分为或大或小的异色部分，形成“二乔”或“跳枝”,叶部彩斑分类,覆轮斑：条带斑：虎皮斑：扫迹斑：切块斑：,第二节 彩斑的遗传,规则彩斑的遗传：基因控制不规则彩斑质体的分离与缺失：易变基因的体细胞突变基因突变染色体畸变跳跃基因（转座子）基因工程嵌合体：具有明显遗传差异的细胞组织镶嵌而成的个体病毒病：,第十四章花朵重瓣性遗传,观赏植物花瓣数量的遗传变异规律,一、重瓣花的起源,积累起源：人工选择雌雄蕊起源花序起源重复起源（套筒起源）：（草原龙胆等）突变起源台阁起源,三、花器官发育的分子基础,一、花器官发育的ABC模型,花的发育,花序的发育花芽的发育花器官的发育花形的发育研究方法：在各阶段筛选各种突变体，进行遗传分析，进一步研究和克隆花发育的调控基因分生组织属性的转变,ABC模型,花的结构是由4 轮同心花器组成花器官由特征基因A、B、C 决定。每类基因分别控制相邻2 轮花器发育A、C 两类基因相互拮抗,