第4章-染色体教学课件.ppt

1、（chromosome)2022-12-281第一节第一节 染色质与染色体染色质与染色体 染色体是基因的载体，由染色体是基因的载体，由DNADNA、组蛋白、组蛋白、RNARNA与非组蛋白组成，在细胞分裂间期以无与非组蛋白组成，在细胞分裂间期以无定型的染色质形式存在，在细胞分裂期以棒定型的染色质形式存在，在细胞分裂期以棒状的染色体形式存在。状的染色体形式存在。2022-12-282/80一、染色体的形成与染色质螺旋化一、染色体的形成与染色质螺旋化 染色体构建的四级结构模型染色体构建的四级结构模型 染色体构建的袢环结构模型染色体构建的袢环结构模型2022-12-283/80(一一)染色体构建的四级

2、结构模型染色体构建的四级结构模型 一级结构：一级结构：由由DNA与组蛋白包装成核与组蛋白包装成核小体，在组蛋白小体，在组蛋白H1的介导的介导下，核小体彼此连接形成下，核小体彼此连接形成直径直径10nm的核小体串珠的核小体串珠结构。结构。2022-12-284/80二级结构二级结构-螺旋管螺旋管2022-12-285/80 30nm的螺线管进一步盘绕，的螺线管进一步盘绕，形成形成400nm的超螺线管，的超螺线管，即为染色质的三级结构。即为染色质的三级结构。超螺线管再一次折叠，可形成染超螺线管再一次折叠，可形成染色单体，长色单体，长210m。三级结构三级结构 超螺线管超螺线管四级结构四级结构 染色

3、单体染色单体2022-12-286/80(二二)袢环结构模型袢环结构模型核小体核小体螺线管螺线管袢环袢环2022-12-287/80二、常染色质和异染色质二、常染色质和异染色质常染色质常染色质异染色质异染色质结构结构螺旋化程度低，结构螺旋化程度低，结构松散，直径松散，直径10nm10nm螺旋化程度高，结构紧螺旋化程度高，结构紧密，直径密，直径202030nm30nm染色染色浅浅深深分布分布常位于核中央常位于核中央核膜边缘核膜边缘功能功能复制和转录活跃复制和转录活跃转录不活跃转录不活跃2022-12-288/80常染色质常染色质异染色质异染色质2022-12-289/80三、性染色质三、性染色质

4、 X染色质染色质 Y染色质染色质2022-12-2810/80（一）X染色质 1949年Barr发现 Lyon假说：雌性动物细胞中一条X染色体有活性，另一条失活;X染色质随即来自父母之一;失活发生于胚胎早期。2022-12-2811/80X染色质的研究进展染色质的研究进展1.失活不完全；失活不完全；2.失活中心失活中心(X inactive center，XIC)：X染色体上的特异性失活位点染色体上的特异性失活位点,Xq13。XIC编码编码X染色体失活特异转录子染色体失活特异转录子(X inactive specific transcripts,XIST)核核RNA(17kb)，抑制处于同一抑

5、制处于同一DNA分子上的基因活性。分子上的基因活性。2022-12-2812/80（二）（二）Y chromatin 用荧光染料对间期细胞染色，正常男性用荧光染料对间期细胞染色，正常男性细胞核内有一个强荧光小体，细胞核内有一个强荧光小体，0.3m，是是Y染色体长臂远端的异染色质区，称染色体长臂远端的异染色质区，称Y染色质。染色质。男性特有，数目与男性细胞内男性特有，数目与男性细胞内Y染色体数染色体数目相同。目相同。2022-12-2813/80Y染色质X染色质2022-12-2814/80第二节第二节 染色体在细胞分裂中的行为染色体在细胞分裂中的行为 细胞通过生长和分裂使细胞数目增加。细胞通过

6、生长和分裂使细胞数目增加。有丝分裂的特点是母细胞有丝分裂的特点是母细胞把复制了的遗传物质把复制了的遗传物质均等分配到两个子细胞，以保证遗传的连续性均等分配到两个子细胞，以保证遗传的连续性和稳定性和稳定性。2022-12-2815/80 一、细胞增殖周期一、细胞增殖周期 cell cycle：指细胞从指细胞从一次分裂结束开始生一次分裂结束开始生长到下一次分裂终了长到下一次分裂终了为止所经历的过程。为止所经历的过程。细胞周期时间：细胞周期时间：指指细细胞经历一个周期所需胞经历一个周期所需的时间。的时间。2022-12-2816/80细胞周期各时相的划分细胞周期各时相的划分（一）分裂间期（一）分裂间

7、期G1期期(Gap1)S期期(DNA synthesis)G2期期(Gap2)（二）分裂期（二）分裂期前期前期中期中期后期后期末期末期2022-12-2817/80细胞周期各时细胞周期各时期期的的特点特点1.G1期：期：从从M期结束期结束DNA合成前的一段过程。合成前的一段过程。是细胞生长并为是细胞生长并为DNA复制作准备的时期。复制作准备的时期。RNA、蛋白质、脂类和碳水化合物的合成量、蛋白质、脂类和碳水化合物的合成量显著增加。显著增加。合成合成DNA复制所需酶以及蛋白因子。复制所需酶以及蛋白因子。组蛋白和非组蛋白，组蛋白和非组蛋白，H1组蛋白的磷酸化。组蛋白的磷酸化。2022-12-281

8、8/80根据细胞增殖特点，根据细胞增殖特点，G G1 1期存在三种细胞：期存在三种细胞：继续增殖细胞：如：胚胎细胞，骨髓干细胞，生殖上皮细胞等。暂不增殖细胞：如：肝、肾、胰实质细胞。永不增殖细胞：如：红细胞，神经细胞，肌细胞等2022-12-2819/802.S期：期：DNA合成期合成期DNA复制：复制：2C4C组蛋白合成：核小体包装组蛋白合成：核小体包装中心粒复制：中心粒复制：2022-12-2820/803.G2期：期：DNA合成完成合成完成细胞分裂之前的时期。细胞分裂之前的时期。为细胞分裂作准备，合成与为细胞分裂作准备，合成与M期相关的结构功期相关的结构功能蛋白。能蛋白。与促使核膜破裂及

9、染色体凝集相关成熟促进因与促使核膜破裂及染色体凝集相关成熟促进因子。子。与纺锤体形成有关的微管蛋白。与纺锤体形成有关的微管蛋白。2022-12-2821/80二、染色体在有丝分裂中的行为二、染色体在有丝分裂中的行为 前期前期 中期中期 后期后期 末期末期2022-12-2822/80（1）前期前期 染色质凝集染色质凝集;确定分裂极确定分裂极;核仁解体核仁解体;核膜破裂。核膜破裂。2022-12-2823/80（2 2）中期）中期 有丝分裂器：染色体、有丝分裂器：染色体、星体、中心粒、纺锤体。星体、中心粒、纺锤体。极微管；极微管；染色体微管；染色体微管；区间微管；区间微管；星体微管。星体微管。2

10、022-12-2824/80（3 3）后期）后期:染色体分离，移向两极。染色体分离，移向两极。2022-12-2825/80（4 4）末期）末期:子细胞核膜、核仁出现，胞质分裂。子细胞核膜、核仁出现，胞质分裂。2022-12-2826/80三、染色体在减数分裂中的行为三、染色体在减数分裂中的行为间期（一）第一次减数分裂前期中期后期末期 间期（一）第二次减数分裂前期中期后期末期2022-12-2827/801.1.前期前期：（1 1）细线期）细线期:染色质染色质-染色粒染色粒（2 2）偶线期）偶线期:二价体、四分体出现，二价体、四分体出现，Z-DNAZ-DNA合成。合成。（3 3）粗线期）粗线期

11、:交换、重组、交换、重组、P-DNAP-DNA合成。合成。（4 4）双线期）双线期:同源染色体分离同源染色体分离,交叉端移。交叉端移。（5 5）终变期）终变期:2022-12-2828/80联会复合体联会复合体(SC)(SC)：侧生组分：侧生组分-中央成分中央成分（含重组节）（含重组节）-侧生成分侧生成分2022-12-2829/80交叉交叉2022-12-2830/802.中期中期：同源染色体的同源染色体的排列成赤道板。排列成赤道板。3.3.后期后期：同源染色体分同源染色体分离，非同源染色体自由离，非同源染色体自由组合。组合。4.4.末期末期：染色体成丝状，染色体成丝状，核仁、核膜重新出现，

12、核仁、核膜重新出现，胞质分裂。胞质分裂。2022-12-2831/802022-12-2832/80减数分裂同有丝分裂的比较：1.发生细胞2.DNA复制与细胞分裂次数3.过程4.细胞分裂的结果5.DNA的变化2022-12-2833/80减数分裂的意义：1.使生物染色体数目保持恒定2.遗传规律的细胞学基础3.人类遗传基础发生变异的根本机制2022-12-2834/80第三节第三节 生殖细胞的发生生殖细胞的发生一、精子发生一、精子发生二、卵子发生二、卵子发生2022-12-2835/80一、精子的发生一、精子的发生 增殖期：有丝分裂，增殖期：有丝分裂，（2n)生长期：形成精母细胞，（生长期：形成

13、精母细胞，（2n）成熟期：减数分裂，（成熟期：减数分裂，（n）变形期：单倍体精子变形期：单倍体精子2022-12-2836/80二、卵子的发生二、卵子的发生 增殖期增殖期 胚胎发育早期胚胎发育早期 卵巢中生发上皮卵原细胞（卵巢中生发上皮卵原细胞（2n)进行有丝分裂进行有丝分裂 生长期生长期 胚胎发育胚胎发育6个月个月 卵原细胞增大成初级卵母细胞（卵原细胞增大成初级卵母细胞（2n)2022-12-2837/80成熟期成熟期初级卵母细胞初级卵母细胞 第一次减数分裂第一次减数分裂 1 1次级卵母细胞（次级卵母细胞（n n）400400个停于双线期，性成熟后，排卵个停于双线期，性成熟后，排卵+1+1第

14、一极体（第一极体（n n）1 1次级卵母细胞次级卵母细胞 第二次减数分裂第二次减数分裂 1 1卵细胞（卵细胞（n n）停于中期停于中期+1+1第二极体（第二极体（n n）1 1第一极体受精后第二次减数分裂第一极体受精后第二次减数分裂 2 2第二极体（第二极体（n n）2022-12-2838/802022-12-2839/80三三.受精作用受精作用 (fertilization)(fertilization)2022-12-2840/80第四节第四节 正常核型正常核型 大量实验研究证明，染色体是种的标志。各种生物的染色体数目和形态是恒定的。即同种生物的染色体数目和形态都相同，不同种生物则不同。

15、因此，对人类染色体的识别，是依据正常人类染色体的固有形态特征和数目进行对照分析，这是确定和发现染色体异常和染色体畸变综合征的基本手段和诊断基础。2022-12-2841/80人类染色体2022-12-2842/80一一 、人体染色体的形态、人体染色体的形态 染色单体染色单体次级缢痕次级缢痕短臂短臂（p）长臂长臂（q）随体随体常染色质区常染色质区端粒端粒(异染色质区异染色质区)随体柄随体柄(次级缢痕次级缢痕)着丝粒着丝粒(初级初级缢痕缢痕)中期染色体结构中期染色体结构2022-12-2843/80初级缢痕（主缢痕）：着丝粒所在部位两染色单体缩窄。次级缢痕（副缢痕）：有的染色体在长、短臂上还存在缩

16、窄区或浅染区，称为副缢痕。随体：大部分近端着丝粒染色体短臂末端有一球形小体，借柄部与染色体主体称为随体。2022-12-2844/80NOR：近端着丝粒染色体随体和短臂相连的柄部含有rDNA，可转录形成rRNA,与核仁形成有关，也称核仁组织者区。端粒（telomere）：染色体端部特化部位，由端粒DNA和端粒蛋白构成。功能:1.维持染色体结构稳定；2.保持各条染色体彼此不相粘接；3.有助于同源染色体配对和染色单体互换。2022-12-2845/80染色体的四种类型：染色体的四种类型：2022-12-2846/80二、核型分析 核型（karyotype）：一个体细胞（somatic cell）中

17、的全部染色体称为核型。确切的说核型是指是一个体细胞内的全部染色体按其大小和形态特征排列所构成的图像。对这种图像进行分析称为核型分析。2022-12-2847/80核型描述：按国际标准，正常核型的描述包括两部分：第一部分为染色体总数，第二部分为性染色体组成，两者之间用“，”隔开:正常男性的核型：46，XY 正常女性的核型：46，XX 异常核型的描述除包括以上两部分外，还包括畸变情况，也是用“，”与前面部分隔开。2022-12-2848/80（一）非显带核型 丹佛(Denver)体制。规定每一条染色体可通过相对长度、臂率和着丝粒指数等三个参数予以识别；常染色体按长度递减的次序以122号编号，性染色

18、体则称为X和Y。另外人类的46条染色体应根据长度递减顺序和着丝粒位置划分为7个易区分的组，即以字母AG表示7组染色体，并决定将副缢痕和随体作为识别染色体的辅助指标。2022-12-2849/80 人类染色体核型特点（人类染色体核型特点（DenverDenver）分组分组 序号序号 大小大小 着丝粒位置着丝粒位置 随体随体 次缢痕次缢痕 鉴别鉴别A 13 最大最大 1.3M，2SM 无无 1q 可以可以 B 45 最大最大 SM 无无 难难C 612 中等中等 SM 无无 9q 难难 X 介于介于7-8之间之间 D 1315 中等中等 ST 有有 难难 E 1618 中等中等 16M 无无 16

19、q 可以可以 17、18SMF 1920 次小次小 M 无无 难难 G 2122 最小最小 ST 有有 可以可以 Y 无无 Yq大大小小2022-12-2850/802022-12-2851/80（二）显带核型 1968年，Caspersson建立染色体显带技术。显带技术（banding technique）：用各种特殊的染色方法使染色体沿长轴显现出明暗或深浅交替带纹带（band）。带型（banding pattern）：将人类24种染色体所显示各自特殊全部带纹，称为带型。2022-12-2852 人类人类G显带染显带染色体模式图色体模式图2022-12-2853/80显带染色体界标、区、带命

20、名示意图 pq3 2 11 2 3 46 4321 51p312022-12-2854人类染色体的显带核型人类染色体的显带核型2022-12-2855/80常见带型的类型、特点及临床应用 1.Q带（Q banding）：Q显带用芥子喹吖因（QM）或盐酸喹吖因（QH）等荧光染料对染色体标本进行染色，然后在荧光显微镜下进行观察。但Q带保存时间短，而且需要在荧光显微镜下进行观察，因而，限制了Q显带技术的应用。2022-12-2856/80 2.G显带（G banding）：染色体标本用热、碱、蛋白酶等预处理后，再用Giemsa染色，可以显示出与Q带相似的带纹。在光学显微镜下，可见Q带亮带相应的部位，

21、被Giemsa染成深带，而Q带暗带相应的部位被Giemsa染成浅带。这种显带技术称为G显带。G显带克服了Q显带的缺点，G带标本可长期保存，而且可在光学显微镜下观察，因而得到了广泛的应用，是目前进行染色体分析的常规带型。2022-12-2857/80正常男性染色体正常男性染色体46,XY46,XY正常女性染色体正常女性染色体4646，XXXXG G显带核型分析显带核型分析2022-12-2858/80 3.R显带（R banding）：所显示的带纹与G带的深、浅带带纹正好相反，故称为R带。G带浅带如果发生异常，不易发现和识别，而R显带技术可以将G带浅带显示出易于识别的深带，所以R显带对分析染色体

22、G带浅带部位的结构改变有重要作用。2022-12-2859/80人类人类1 1号染色体号染色体Q Q、G G、R R三种显带对比图三种显带对比图2022-12-2860/80 专门显示着丝粒的显带技术。C显带也可使第1、9、16号和Y染色体长臂的异染色质区染色。因而，C带可用来分析染色体这些部位的改变。C C显带核型显带核型2022-12-2861/80 5.T显带（T banding）：专门显示染色体端粒的显带技术，用来分析染色体端粒。6.N显带（N banding）：专门显示核仁组织区的显带技术。2022-12-2862/80G显带染色体特定带的描述显带染色体特定带的描述 特定带描述需表明

23、特定带描述需表明4个内容：个内容：例例:1p31 着丝粒分别记为长臂、短臂的着丝粒分别记为长臂、短臂的1区区1带带 各符号间连续各符号间连续书写，无标点书写，无标点分隔。分隔。染色体号染色体号臂的符号臂的符号区号区号带号带号2022-12-2863/80 7.高分辨显带（high-resolution banding）分裂中期一套单倍染色体一般显示320条带。70年代后期，采用细胞同步化方法和改进的显带技术，获得细胞分裂前中期、晚前期或早前期的分裂相，可以得到带纹更多的染色体，能显示550850条带，甚至2000条带以上。高分辨显带技术，对染色体的分析达到了亚带（subband）的水平。使我们

24、能够确认那些更为微小的染色体结构改变了。2022-12-2864/80 如如10p12(320条带条带)亚带亚带:10p12.1、10p12.2、10p12.3 次亚带次亚带:10p12.31、10p12.32、10p12.332022-12-2865/80人类染色体国际命名符号及术语 符号术语符号术语意意 义义符号术语符号术语意意 义义AG染色体组的名称染色体组的名称mal男性男性A第一次减数分裂后期第一次减数分裂后期mar标记染色体标记染色体A第二次减数分裂后期第二次减数分裂后期mat来自母亲来自母亲ace无着丝粒片段无着丝粒片段min微小点微小点从从到到mn众数众数附加说明的标志附加说明

25、的标志mos嵌合体嵌合体断裂断裂p染色体短臂染色体短臂cen着丝粒着丝粒pat来自父亲来自父亲chi异源嵌合体异源嵌合体ph费城染色体费城染色体 断裂断裂psu假假 断裂与重接断裂与重接pvz粉碎粉碎cs染色体染色体丢失丢失Ct染色单体染色单体+多余多余cx复杂复杂()其内为结构畸变染色体其内为结构畸变染色体del缺失缺失i等臂染色体等臂染色体dir正位正位ins插入插入2022-12-2866/80 续表续表dmin双微体双微体q染色体长臂染色体长臂dup重复重复qr四构体四构体e交换交换?识别无把握识别无把握end内复制内复制r环状染色体环状染色体=总数总数rcp相互易位相互易位f断片断片

26、rea重排重排fem女性女性rec重组染色体重组染色体fis裂开（在着丝粒处）裂开（在着丝粒处）rob罗伯逊易位罗伯逊易位fra脆性部位脆性部位s随体随体g裂隙裂隙sce姐妹染色单体交换姐妹染色单体交换h副缢痕副缢痕;在重排中分开染色体和染色体区在重排中分开染色体和染色体区der衍生染色体衍生染色体/描述嵌合体分开不同细胞系描述嵌合体分开不同细胞系dis双着丝粒染色体双着丝粒染色体t易位易位MI第一次减数分裂中期第一次减数分裂中期tan串联易位串联易位MII第二次减数分裂中期第二次减数分裂中期ter末端末端2022-12-2867/80第五节 分子细胞遗传学分子细胞遗传学（molecular

27、cytogenetics）是利用分子生物学的方法与手段在微细胞遗传学（microcytogenetics）基础上探讨人类基因的座位与活动规律、染色体的亚微结构与微小畸变、遗传效应与疾病发生等问题的学科。它代表细胞遗传学的最新发展方向，这方面研究成果将有可能在基因与染色体之间架起一座桥梁。2022-12-2868/80一、荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH）1986年Pankel在原位杂交基础上，将放射性同位素标记改用非放射性同位素即荧光素标记探针而建立了技术。利用该技术，可以精确地把一DNA片段定位到某条染色体的特定区带上。2022-1

28、2-2869/80利用FISH技术诊断Down综合征 图示：利用21号染色体特异性探针对一位高龄妊娠妇女进行产前诊断，未培养的羊水细胞进行荧光原位杂交,显示所检测的细胞均 有3个杂交信号,经选择性人工流产后确诊为Down综合征患儿。2022-12-2870/80二、引物原位标记 （primer in situ labeling，PRISH）是将特异性寡核苷酸引物与已变性的DNA模板退火，然后在dNTP（其中一种脱氧核苷酸已标记）及TaqDNA聚合酶存在的条件下使引物延伸并被标记，由于这一反应体系中引物延伸将严格遵循碱基配对法则，从而保证了标记的特异性。有可能引物原位标记技术在检测染色体非整倍体

29、的产前诊断中成为FISH的替代方法。2022-12-2871/80利用引物原位标记技术诊断利用引物原位标记技术诊断1818三体综合征三体综合征a:18a:18号染色体引物特号染色体引物特异性地标记未培养的异性地标记未培养的正常羊水细胞间期核正常羊水细胞间期核可见可见2 2个荧光信号；个荧光信号；b:18b:18三体综合征间期三体综合征间期核可见核可见3 3个荧光信号。个荧光信号。ab2022-12-2872/80三、三、DNADNA纤维荧光原位杂交纤维荧光原位杂交 （DNA fiber-FISH）该技术是新建立的可目视的高分辨基因组制图技术。DNA fiber-FISH的杂交及检测步骤基本与中

30、期染色体或早中期染色体的FISH相同，但与FISH技术相比，其分辨率更高。因此，DNA fiber-FISH技术主要应用在人类基因组物理制图、染色质结构分析，以及染色体病、肿瘤和某些遗传性疾病的分析研究上。2022-12-2873/80四、比较基因组杂交（comparative genomic hybridization,CGH）该技术是在基因组水平上对染色体变异部位的检测与定位相结合，进行准确的定量定位分析，并且不需要细胞培养，特别适用于恶性肿瘤获得性染色体结构异常的研究。2022-12-2874/80比较基因组杂交应用范畴 可在基因组水平上对染色体变异部位进行准确的定量定位分析；不需要细胞

31、培养可对肿瘤基因组DNA的拷贝数进行定性分析与定量分析；对细胞遗传学难以判断的肿瘤染色体的某些成分（如双微体、标记染色体）的来源进行鉴定；快速检出染色体三体性、单体性和部分染色体大片段重复的拷贝数变化，有利于对先天畸形、自然流产等疾病进行快速诊断。2022-12-2875/80 五、染色体涂染 （chromosome painting）是将FISH技术和染色体原位抑制杂交技术结合，以染色体特异性DNA库为探针，以不同荧光染料涂染整条染色体或染色体特异区段的一种技术。2022-12-2876/80染色体涂染技术检测结果：染色体涂染技术检测结果：9 9号染色体短臂完全重复号染色体短臂完全重复 2022-12-2877/80