1、荧光原位杂交荧光原位杂交荧光原位杂交荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization, FISH)荧光原位杂交是在荧光原位杂交是在20世纪世纪80年代末在放射性原位杂交技术的基础上年代末在放射性原位杂交技术的基础上发展起来的一种非放射性分子细胞遗传技术发展起来的一种非放射性分子细胞遗传技术,以荧光标记取代同位素以荧光标记取代同位素标记而形成的一种新的原位杂交方法标记而形成的一种新的原位杂交方法,探针首先与某种介导分子探针首先与某种介导分子(reporter molecule)结合结合,杂交后再通过免疫细胞化学过程连接上荧杂交后再通过免疫细胞化学过程连接上荧光染
2、料光染料.荧光原位杂交荧光原位杂交FISHFISH的原理的原理FISHFISH的操作及应用的操作及应用FISHFISH的展望的展望FISH的原理的原理FISH的基本原理是用已知的标记单链核酸为探针，的基本原理是用已知的标记单链核酸为探针，按照碱基互补的原则，与待检材料中未知的单链核酸按照碱基互补的原则，与待检材料中未知的单链核酸进行特异性结合，形成可被检测的杂交双链核酸。由进行特异性结合，形成可被检测的杂交双链核酸。由于于DNA分子在染色体上是沿着染色体纵轴呈线性排分子在染色体上是沿着染色体纵轴呈线性排列，因而可以将探针直接与染色体进行杂交从而将特列，因而可以将探针直接与染色体进行杂交从而将特
3、定的基因在染色体上定位。定的基因在染色体上定位。目前这项技术已经广泛应用于动植物基因组结构研究、目前这项技术已经广泛应用于动植物基因组结构研究、染色体精细结构变异分析、病毒感染分析、人类产前染色体精细结构变异分析、病毒感染分析、人类产前诊断、肿瘤遗传学和基因组进化研究等许多领域。诊断、肿瘤遗传学和基因组进化研究等许多领域。荧光原位杂交荧光原位杂交原有的原有的放射性同位素原位杂交技术放射性同位素原位杂交技术存在着较多缺点，诸如每存在着较多缺点，诸如每次检验均次检验均 需重新标记探针，已标记的探针表现出明显的需重新标记探针，已标记的探针表现出明显的不稳定性，需要较和时间的曝光时间和对环境的污染等。
4、不稳定性，需要较和时间的曝光时间和对环境的污染等。在观察结果时，需要较多的分裂进行统计学分析。此外，在观察结果时，需要较多的分裂进行统计学分析。此外，由于放射性银粒和染色体聚集的不同平面，可能引起计数由于放射性银粒和染色体聚集的不同平面，可能引起计数上的误上的误 差等。差等。 与之比与之比FISH的优点的优点 操作操作简便操作操作简便,探针标记后稳定探针标记后稳定,一次标记后可使用二年一次标记后可使用二年 方法敏感方法敏感,能迅速得到结果能迅速得到结果 在同一标本上在同一标本上,可同时检测几种不同探针可同时检测几种不同探针. 不仅可用于分裂期细胞染色体数量或结构变化的研究不仅可用于分裂期细胞染
5、色体数量或结构变化的研究,而且还可用于间期细胞的染色体数量及基因改变的研究而且还可用于间期细胞的染色体数量及基因改变的研究. 缺点：不能达到缺点：不能达到100%杂交，特别是在应用较短的杂交，特别是在应用较短的cDNA探针时效率明显下降。探针时效率明显下降。荧光原位杂交荧光原位杂交 FISH技术包括下列几个步骤技术包括下列几个步骤：1）探针的制备和标记）探针的制备和标记 2）探针及标本变性）探针及标本变性3）杂交）杂交4）洗脱）洗脱5）杂交信号的放大（适用于使用生物素标记的探针）杂交信号的放大（适用于使用生物素标记的探针）6）封片）封片7）荧光显微镜观察）荧光显微镜观察FISH结果结果荧光原位
6、杂交荧光原位杂交探针的制备和标记探针的制备和标记 探针是一段带有荧光色素或（半）抗原的核苷酸序列。探针是一段带有荧光色素或（半）抗原的核苷酸序列。其长度介于其长度介于15至数千个核苷酸之间，但以至数千个核苷酸之间，但以250650个核个核苷酸杂交效果最好苷酸杂交效果最好探针的荧光素标记可以采用探针的荧光素标记可以采用直接直接和和间接标记间接标记的方法。的方法。 间接标记间接标记是采用生物素标记是采用生物素标记DNA探针，杂交之后用藕联探针，杂交之后用藕联有荧光素亲和素或者链霉亲和素进行检测，同时还可以有荧光素亲和素或者链霉亲和素进行检测，同时还可以利用亲和素利用亲和素-生物素生物素-荧光素复合
7、物，将荧光信号进行放荧光素复合物，将荧光信号进行放大，从而可以检测大，从而可以检测500bp的片段。的片段。 直接标记直接标记是将荧光素直接与探针核苷酸或磷酸戊糖骨架是将荧光素直接与探针核苷酸或磷酸戊糖骨架共价结合，或在缺口平移法标记探针时将荧光素核苷三共价结合，或在缺口平移法标记探针时将荧光素核苷三磷酸掺入。直接标记法在检测时步骤简单，但由于不能磷酸掺入。直接标记法在检测时步骤简单，但由于不能进行信号放大，因此灵敏度不如间接标记的方法。进行信号放大，因此灵敏度不如间接标记的方法。荧光原位杂交荧光原位杂交单拷贝探针：单拷贝探针：（1）种类：）种类：YAC， BAC， Cosmid，Plasmi
8、d， cDNA片段片段 （2）应用）应用 （a）定位）定位DNA片段及嵌合体克隆验证；片段及嵌合体克隆验证； （b）确定染色体微小缺失与重复；）确定染色体微小缺失与重复； （c）染色体断裂点分析。）染色体断裂点分析。 （d）间期细胞染色体数目异常诊断。）间期细胞染色体数目异常诊断。荧光原位杂交荧光原位杂交单拷贝探针单拷贝探针DNA片段的染色体定位片段的染色体定位荧光原位杂交荧光原位杂交单拷贝探针单拷贝探针FISH检测微小缺检测微小缺失失荧光原位杂交荧光原位杂交单拷贝探针单拷贝探针FISH检测微小缺失检测微小缺失荧光原位杂交荧光原位杂交染色体片段重复染色体片段重复 Dup 19(p13.2-13
9、.1)Dup 19(p13.2-13.1)荧光原位杂交荧光原位杂交简单重复序列探针简单重复序列探针简单重复序列探针简单重复序列探针(simple repetitive probes)异染色质着丝粒探针异染色质着丝粒探针(heterochromatic centromer probes)其靶序列为其靶序列为卫星卫星DNA或卫星或卫星III DNA(alpha satellite/satellite III DNA)多位于多位于染色体的着丝粒染色体的着丝粒和和异染色质区域异染色质区域，重复数百次至数千次。，重复数百次至数千次。特点：信号强特点：信号强应用：应用：(a)标记染色体识别标记染色体识别
10、(b)染色体数目异常检测染色体数目异常检测 (c)间期细胞遗传学研究和临床诊断间期细胞遗传学研究和临床诊断荧光原位杂交荧光原位杂交简单重复序列探针简单重复序列探针荧光原位杂交荧光原位杂交染色体的着丝粒染色体的着丝粒异染色质区域异染色质区域简单重复序列探针简单重复序列探针 间期细胞间期细胞遗传学的意义：遗传学的意义：细胞分裂期仅占整个细胞周期的几分之一至几十分之一，细胞分裂期仅占整个细胞周期的几分之一至几十分之一，经细胞培养和相应处理才能获得染色体。人体的大部分细经细胞培养和相应处理才能获得染色体。人体的大部分细胞并不进行分裂，很难通过培养获得中期染色体分裂相，胞并不进行分裂，很难通过培养获得中
11、期染色体分裂相，间期间期FISH为这一时期遗期传物质的研究提供了可能，而为这一时期遗期传物质的研究提供了可能，而且快速。且快速。荧光原位杂交荧光原位杂交染色体涂染探针染色体涂染探针染色体涂染探针染色体涂染探针(chromosome painting probes) 整条染色体探针或染色体区带特异性探针整条染色体探针或染色体区带特异性探针探针来源：探针来源：（1）含有人单条染色体的人）含有人单条染色体的人-啮齿类啮齿类(human-rodent)体细胞杂种组织融合的产物；体细胞杂种组织融合的产物；（2）荧光激活的流式细胞仪）荧光激活的流式细胞仪(fluorescence-activated ce
12、ll sorter,FACS)分离整条染色体分离整条染色体DNA，并以载体克隆，并以载体克隆/PCR扩增；扩增；（3）显微切割得到染色体或染色体片段，）显微切割得到染色体或染色体片段，PCR扩增；扩增；应用（应用（1）染色体数目和结构异常分析；）染色体数目和结构异常分析； （2）不同物种间的同源性比较；）不同物种间的同源性比较； （3）白血病及其它肿瘤的染色体诊断和研究。）白血病及其它肿瘤的染色体诊断和研究。荧光原位杂交荧光原位杂交染色体涂染探针染色体涂染探针人类染色体结构分析人类染色体结构分析荧光原位杂交荧光原位杂交染色体涂染探针：染色体涂染探针：染色体结构异常分染色体结构异常分析析荧光原位
13、杂交荧光原位杂交多色复合染色体多色复合染色体FISH探针探针多色多色FISH（muti-color FISH) 多色复合染色体多色复合染色体FISH探针探针(multiplex FISH, M-FISH probes) 两种以上不同的两种以上不同的非同位素标记非同位素标记，不同的荧，不同的荧光检测系统，通过不同的滤光片组合或光检测系统，通过不同的滤光片组合或极少数几种非同位素标记探针后，按照极少数几种非同位素标记探针后，按照不同的比例混合，可以显示多种颜色。不同的比例混合，可以显示多种颜色。荧光原位杂交荧光原位杂交多色复合染色体多色复合染色体FISH探针探针荧光原位杂交荧光原位杂交探针及标本的
14、变性探针及标本的变性1）探针变性）探针变性将探针在将探针在75oC恒温水浴中温育恒温水浴中温育5min，立即置，立即置0oC，510min，使双链，使双链DNA探针变性。探针变性。2）标本变性）标本变性将制备好的染色体玻片标本于将制备好的染色体玻片标本于50oC培养箱中烤片培养箱中烤片23h。（经。（经Giemsa染色的标本需预先在固定液中染色的标本需预先在固定液中退色后再烤片）。退色后再烤片）。取出玻片标本，将其浸在取出玻片标本，将其浸在7075oC的体积分数的体积分数70甲酰胺甲酰胺/2SSC的变性液中变性的变性液中变性23min。立即按顺序将标本经体积分数立即按顺序将标本经体积分数70、
15、体积分数、体积分数90和体积分数和体积分数100冰乙醇系列脱水，每次冰乙醇系列脱水，每次5min，然，然后空气干燥。后空气干燥。荧光原位杂交荧光原位杂交杂交杂交 将已变性或预退火的将已变性或预退火的DNA探针探针10L 滴于已滴于已变性并脱水的玻片标本上，盖上变性并脱水的玻片标本上，盖上1818盖玻盖玻片，用片，用Parafilm封片，置于潮湿暗盒中封片，置于潮湿暗盒中37oC杂交过夜（约杂交过夜（约1517h）。）。 由于杂交液较少，而且杂交温度较高，持续由于杂交液较少，而且杂交温度较高，持续时间又长，因此为了保持标本的湿润状态，时间又长，因此为了保持标本的湿润状态，此过程在湿盒中进行。此过
16、程在湿盒中进行。荧光原位杂交荧光原位杂交洗脱洗脱此步骤有助于除去非特异性结合的探针，从而降低本底。此步骤有助于除去非特异性结合的探针，从而降低本底。（1） 杂交次日，将标本从杂交次日，将标本从37oC温箱中取出，用刀片轻轻将盖玻温箱中取出，用刀片轻轻将盖玻片揭掉。片揭掉。（2） 将已杂交的玻片标本放置于已预热将已杂交的玻片标本放置于已预热4250oC的体积分数的体积分数50甲酰胺甲酰胺/2SSC中洗涤中洗涤3次，每次次，每次5min。（3） 在已预热在已预热4250oC的的1SSC中洗涤中洗涤3次，每次次，每次5min。（4） 在室温下，将玻片标本于在室温下，将玻片标本于2SSC中轻洗一下。中
17、轻洗一下。（5） 取出玻片，自然干燥。取出玻片，自然干燥。（6） 取取200L复染溶液（复染溶液（PI/antifade或或DAPI/antifade染液）滴染液）滴加在玻片标本上，盖上盖玻片。加在玻片标本上，盖上盖玻片。荧光原位杂交荧光原位杂交（1） 在玻片的杂交部位加在玻片的杂交部位加150L封闭液封闭液I，用保鲜膜覆盖，用保鲜膜覆盖，37oC温育温育20min。（2） 去掉保鲜膜，再加去掉保鲜膜，再加150L avidin-FITC于标本上，用保鲜于标本上，用保鲜膜覆盖，膜覆盖， 37oC继续温育继续温育40min。（3） 取出标本，将其放入已预热取出标本，将其放入已预热4250oC的洗
18、脱液中洗涤的洗脱液中洗涤3次，次，每次每次5min。（4） 在玻片标本的杂交部位加在玻片标本的杂交部位加150L封闭液封闭液II，覆盖保鲜膜，覆盖保鲜膜，37oC温育温育20min。（5） 去掉保鲜膜，加去掉保鲜膜，加150L antiavidin于标本上，覆盖新的保于标本上，覆盖新的保鲜膜，鲜膜，37oC温育温育40min。（6） 取出标本，将其放入已预热取出标本，将其放入已预热4250oC的新洗脱液中，洗的新洗脱液中，洗涤涤3次，每次次，每次5min。（7） 重复步骤重复步骤(1)、（、（2）、（）、（3），再于），再于2SSC中室温清洗一中室温清洗一下。下。（8） 取出玻片，自然干燥。取
19、出玻片，自然干燥。（9） 取取200L PI/antifade染液滴加在玻片标本上，盖上盖玻染液滴加在玻片标本上，盖上盖玻片。片。杂交信号的放大（适用于使用生物素标记的探针）杂交信号的放大（适用于使用生物素标记的探针）荧光原位杂交荧光原位杂交 可采用不同类型的封片液。如果封片液中可采用不同类型的封片液。如果封片液中不含有不含有MowiolMowiol（可使封片液产生自封闭作（可使封片液产生自封闭作用），为防止盖片与载片之间的溶液挥发，用），为防止盖片与载片之间的溶液挥发，可使用指甲油将盖片周围封闭。封好的玻可使用指甲油将盖片周围封闭。封好的玻片标本可以在片标本可以在-20-20-70-70oC
20、的冰箱中的暗盒的冰箱中的暗盒中保持数月之久。中保持数月之久。 封片封片荧光原位杂交荧光原位杂交 先在可见光源下找到具有细胞分裂相的视先在可见光源下找到具有细胞分裂相的视野，然后打开荧光激发光源。野，然后打开荧光激发光源。 FITCFITC的激发波长为的激发波长为490nm490nm。细胞被。细胞被PIPI染成染成红色，红色， 经经FITCFITC标记的探针所在的位置发出绿色荧标记的探针所在的位置发出绿色荧光。光。荧光显微镜观察荧光显微镜观察FISH结果结果荧光原位杂交荧光原位杂交所用不同荧光材料的激发光和发射光波长及滤光所用不同荧光材料的激发光和发射光波长及滤光镜选择镜选择荧光原位杂交荧光原位
21、杂交FISH技术的应用技术的应用FISH技术的应用技术的应用1）基因（或）基因（或DNA片段）的染色体定片段）的染色体定位；位；2）染色体数目与结构异常的检测；）染色体数目与结构异常的检测；3）间期细胞遗传学（绒毛）间期细胞遗传学（绒毛/羊水羊水/精精子子/卵裂球卵裂球/其它间期细胞研究与其它间期细胞研究与诊断）；诊断）；4）肿瘤遗传学研究）肿瘤遗传学研究荧光原位杂交荧光原位杂交FISH的展望的展望 荧光原位杂交技术已越来越广泛的应用在细胞遗传学、荧光原位杂交技术已越来越广泛的应用在细胞遗传学、 育种学、医学等多个领域育种学、医学等多个领域,尤其在检测遗传物质的突变和染色尤其在检测遗传物质的突
22、变和染色 体上基因定位等方面显示了极大的优势。随着分子生物学的发展体上基因定位等方面显示了极大的优势。随着分子生物学的发展, 新探针的不断出现特别是全探针及染色体原位抑制杂交技术的出现新探针的不断出现特别是全探针及染色体原位抑制杂交技术的出现,计计 算机辅助的共焦显微系统和数字成像系统的发展算机辅助的共焦显微系统和数字成像系统的发展,FISH技术的应用会加深加技术的应用会加深加 快人类在肿瘤学、产前诊断、哺乳动物的染色体进化研究及亲缘关系等领域的快人类在肿瘤学、产前诊断、哺乳动物的染色体进化研究及亲缘关系等领域的认识。认识。FISH的展望的展望 FISH技术和技术和RFLP（Restrict
23、Fragment Lenth Polymorphysim）结合，可以更精确地描）结合，可以更精确地描述原必于染色体长短臂等结构改变和染色体梳型述原必于染色体长短臂等结构改变和染色体梳型或复制片段的性质。或复制片段的性质。 FISH和细胞免疫化这技术结合，可以同时用多种颜色和细胞免疫化这技术结合，可以同时用多种颜色反应检测不同的核苷酸链和蛋白质，这样可以在单个细胞反应检测不同的核苷酸链和蛋白质，这样可以在单个细胞内同时找到基因的位点，转录和翻译和产物，有助于对核内同时找到基因的位点，转录和翻译和产物，有助于对核甙酸结构与功能以及基因表达产物之间关系的研究。甙酸结构与功能以及基因表达产物之间关系的研究。 在基因图谱绘制中，在基因图谱绘制中，FISH和和Linkage mapping结合起来，结合起来，即使对具有高度多形态的基因位点也能较精确地定下来。即使对具有高度多形态的基因位点也能较精确地定下来。
