1、第五章第五章 染色体染色体核型与带型分析核型与带型分析 1第一节第一节 染色体核型（染色体核型（Karyotype Karyotype）分析的意义与内容分析的意义与内容1 1 概念：概念：1.11.1核型核型 是动物、植物、真菌等真核生物的某一个是动物、植物、真菌等真核生物的某一个体或某一分类群（亚种、种、属等）的细胞内体或某一分类群（亚种、种、属等）的细胞内具有的相对恒定特性的单倍或双倍染色体组在具有的相对恒定特性的单倍或双倍染色体组在有丝分裂中期的表型有丝分裂中期的表型,是染色体数目、大小、是染色体数目、大小、形态特征的总和。形态特征的总和。21.3 1.3 染色体核型分析染色体核型分析
2、是鉴别染色体进行配对分类的基木技术，是是鉴别染色体进行配对分类的基木技术，是在对染色体进行测量计算的基础上在对染色体进行测量计算的基础上,进行分组、进行分组、排队、配对排队、配对,并进行形态分析的过程。并进行形态分析的过程。1.2 1.2 核型模式图核型模式图 将一个染色体组将一个染色体组的全部染色体逐条按的全部染色体逐条按其特征画下来，再按其特征画下来，再按长短、形态等特征排长短、形态等特征排列起来的图称为核型列起来的图称为核型模式图，它代表一个模式图，它代表一个物种的核型模式。物种的核型模式。人染色体组型模式图人染色体组型模式图32 2 染色体核型分析的意义：染色体核型分析的意义：4高危人
3、群的孕妇，羊水细胞染色体分析是高危人群的孕妇，羊水细胞染色体分析是目前惟一能够确诊胎儿是否有染色体病的检查方目前惟一能够确诊胎儿是否有染色体病的检查方法，法，对避免患儿出生有着具有十分重要的意义。对避免患儿出生有着具有十分重要的意义。新生儿进行染色体核型分析，可以对染色体新生儿进行染色体核型分析，可以对染色体存在异常的某些患儿存在异常的某些患儿及早采取干预措施及早采取干预措施。疾病诊断：疾病诊断：肿瘤细胞的核型分析已被应用于肿肿瘤细胞的核型分析已被应用于肿瘤的临床诊断、预后及药物疗效的观察。绝大多瘤的临床诊断、预后及药物疗效的观察。绝大多数慢性粒细胞性白血病人的骨髓细胞中都可以发数慢性粒细胞性
4、白血病人的骨髓细胞中都可以发现有一个小的特殊染色体。现有一个小的特殊染色体。53 3 核型分析的内容：核型分析的内容：染色体核型分析主要包括染色体核型分析主要包括染色体长度染色体长度、染色体、染色体臂比臂比、着丝点位置着丝点位置、次缢痕次缢痕等。等。3.1 3.1 染色体长度：染色体长度：染色体的长度差异有两种，一染色体的长度差异有两种，一种是不同种、属间染色体组间相对应的染色体的种是不同种、属间染色体组间相对应的染色体的绝对长度差异，一种是同一套染色体组内不同染绝对长度差异，一种是同一套染色体组内不同染色体的相对长度差异。色体的相对长度差异。绝对长度绝对长度通常在放大的照片或图象上以微米（通
5、常在放大的照片或图象上以微米（mm）进行测量，然后按下式换算：进行测量，然后按下式换算：染色体绝对长度染色体绝对长度=放大的染色体长度（放大的染色体长度（mm）1000/1000/放大倍数放大倍数6 绝对长度不大稳定，这是因为预处理条件和染色体绝对长度不大稳定，这是因为预处理条件和染色体的缩短程度难以完全相同，即使同一个体的不同细胞的的缩短程度难以完全相同，即使同一个体的不同细胞的染色体，缩短程度也常常不同。因此，绝对长度只有在染色体，缩短程度也常常不同。因此，绝对长度只有在染色体大小差异明显的种或属间的比较才有价值。染色体大小差异明显的种或属间的比较才有价值。而对于染色体大小差异不明显的材料
6、间的比较，常而对于染色体大小差异不明显的材料间的比较，常常以相对长度作为量度染色体的标准常以相对长度作为量度染色体的标准 染色体相对长度染色体相对长度是以百分比表示，通常采用是以百分比表示，通常采用LevanLevan（19641964）的公式计算：）的公式计算：染色体相对长度染色体相对长度 =（染色体长度（染色体长度/染色体组总长度）染色体组总长度）100%100%由于相对长度排除了因技术原因引起的染色体短缩由于相对长度排除了因技术原因引起的染色体短缩程度不同所产生的差异，因此，相对长度值是一个较稳程度不同所产生的差异，因此，相对长度值是一个较稳定的可比较的数值。而绝对长度则往往只记录变异范
7、围。定的可比较的数值。而绝对长度则往往只记录变异范围。7臂比：臂比：不同属、种，以及不同变种之间，因染色体不同属、种，以及不同变种之间，因染色体变异，会引起同源染色体长臂与短臂不一样，这通变异，会引起同源染色体长臂与短臂不一样，这通常用染色体臂比来进行比较。通用公式如下：常用染色体臂比来进行比较。通用公式如下：染色体臂比染色体臂比=长臂（长臂（L L）/短臂（短臂（S S）由于染色体长臂和短臂不一，就表现出着丝点位置由于染色体长臂和短臂不一，就表现出着丝点位置不同。不同。8 此外，在核型分析中，此外，在核型分析中，次缢痕次缢痕或或核仁组成核仁组成区（区（NORNOR）和和随体（随体（SATSA
8、T）的的数目、分布和大小数目、分布和大小的差异的差异，常常成为区分某些近缘种或属的主要，常常成为区分某些近缘种或属的主要特征，因此，它们识别与判断极为重要。例如特征，因此，它们识别与判断极为重要。例如，葱、洋葱葱、洋葱和和大蒜大蒜的染色体数目和基本形态都的染色体数目和基本形态都相近似，但是，其随体的数目、大小和位置明相近似，但是，其随体的数目、大小和位置明显不同，而易于区分。显不同，而易于区分。94 4 核型的描述核型的描述4.1 4.1 常用的符号与术语常用的符号与术语ace无着丝粒片段无着丝粒片段r环状染色体环状染色体cen着丝粒着丝粒rcp相互易位相互易位del缺失缺失rea重排重排de
9、r衍生染色体衍生染色体rob罗氏易位罗氏易位dic双着丝粒染色体双着丝粒染色体：断裂断裂dup重复重复 断裂后重接断裂后重接h次缢痕次缢痕()括号内为结构异常的染色体括号内为结构异常的染色体i等臂染色体等臂染色体；重排中用于分开染色体重排中用于分开染色体ins插入插入/嵌合体中用于分开不同的细胞系嵌合体中用于分开不同的细胞系inv倒位倒位t易位易位p短臂短臂ter末端末端q长臂长臂 从到从到104.2.1 4.2.1 染色体数目异常的核型描述染色体数目异常的核型描述 首先是首先是书写染色体总数书写染色体总数，加一个，加一个逗号逗号，接，接着写出着写出性染色体的组成性染色体的组成，然后写出，然后
10、写出染色体的异染色体的异常常。“”和和“”号当其放在相应的符号之号当其放在相应的符号之前，表示前，表示增加增加或或丢失丢失了整条染色体；当其放在了整条染色体；当其放在相应符号之后，则表示相应符号之后，则表示染色体长度染色体长度的的增加或减增加或减少少。例如：例如：4747，XXXX，2121为一个女性先天愚型为一个女性先天愚型的核型，有一条的核型，有一条额外额外的的2121号染色体；号染色体；4646，XYXY，5p-5p-表示一个表示一个5 5号染色体号染色体短臂长度短臂长度减少减少的男性核型。的男性核型。4.2 4.2 核型描述方法核型描述方法114.2.1 4.2.1 染色体结构异常的核
11、型描述染色体结构异常的核型描述末端缺失末端缺失 ：46,XX46,XX，del(1)(q21)del(1)(q21)（简明型）（简明型）46,XX,del(1)(p46,XX,del(1)(pterterq21q21：)（详尽型）（详尽型）表示表示1 1号染色体长臂号染色体长臂2 2区区1 1带处断裂造成了该带处断裂造成了该处以远的处以远的末端末端缺失，异常的染色体由完整的短缺失，异常的染色体由完整的短臂和着丝粒与臂和着丝粒与1q211q21带之间的部分长臂构成。带之间的部分长臂构成。12等臂染色体等臂染色体4646，X,i(Xq)X,i(Xq)46,X,i(X)(qter cen qter)
12、46,X,i(X)(qter cen qter)女性核型，有一条正常的女性核型，有一条正常的X X染色体和一染色体和一条条X X染色体长臂形成的染色体长臂形成的等臂染色体等臂染色体（在细胞（在细胞分裂期间，染色体的着丝粒区在水平方向上分裂期间，染色体的着丝粒区在水平方向上发生断裂，使染色体的两个臂分开，从而形发生断裂，使染色体的两个臂分开，从而形成两条等臂染色体成两条等臂染色体）。）。13p pq qp pq q着丝点横裂着丝点横裂ppqq等臂染色体等臂染色体145 5 人类染色体的核型分析人类染色体的核型分析染色体分组染色体分组 A,B,C,D,E,F,GA,B,C,D,E,F,G七组七组A
13、 A:1:13 3；最大，中；最大，中(1,3(1,3号号)，亚中，亚中(2(2号号)，1 1号常号常见见副缢痕副缢痕，可鉴别，可鉴别B B：4 45 5；次大，亚中，难鉴别；次大，亚中，难鉴别C C：6 612,X12,X，中等，亚中，中等，亚中，9 9号常见号常见副缢痕副缢痕，难，难鉴别鉴别E E：17171818；小，中；小，中(16(16号号)，亚中，亚中(17,18(17,18号号)，1616号可鉴别号可鉴别,17,17、1818难鉴别难鉴别F F：19192020，次小，中，难鉴别，次小，中，难鉴别G G：212122,Y22,Y，最小，近端，最小，近端，21,2221,22号有号
14、有随体随体,Y,Y无，难鉴别无，难鉴别15女性未显带核型，女性未显带核型，较难鉴定较难鉴定16第二节第二节 染色体带型分析以及染色体带型分析以及染色体的分区与表示法染色体的分区与表示法 1 1 染色体带型的染色体带型的概念概念 借助细胞学的特殊处理程序，使染色体借助细胞学的特殊处理程序，使染色体显现出深浅不同的染色带。染色带的数目、显现出深浅不同的染色带。染色带的数目、部位、宽窄和着色深浅均具有相对稳定性，部位、宽窄和着色深浅均具有相对稳定性，所以每一条染色体都有固定的分带模式，即所以每一条染色体都有固定的分带模式，即称带型。称带型。17 普通染料直接染色在染色体标本上。由于整条普通染料直接染
15、色在染色体标本上。由于整条染色体都均匀着色，在显微镜下只能看到染色体的染色体都均匀着色，在显微镜下只能看到染色体的外形，看不清其内部结构，只能根据染色体的相对外形，看不清其内部结构，只能根据染色体的相对长度和着丝粒位置等外形体征来识别染色体。长度和着丝粒位置等外形体征来识别染色体。这种染色方法只能正确地识别出第这种染色方法只能正确地识别出第1 1、2 2、3 3、1616、1717、1818号及号及Y Y染色体，不能正确地识别出其他染色体染色体，不能正确地识别出其他染色体及染色体上的不同片段。对各条染色体的微小结构及染色体上的不同片段。对各条染色体的微小结构变化，如缺失、易位等也不能检出。所以
16、，对许多变化，如缺失、易位等也不能检出。所以，对许多染色体异常，特别是染色体结构变化的研究，受到染色体异常，特别是染色体结构变化的研究，受到很大的限制。很大的限制。2 2 染色体染色技术染色体染色技术2.1 2.1 普通染色普通染色18染色体普通染色图染色体普通染色图192.2 2.2 多种显带技术多种显带技术a a）Q Q显带显带：7070年代初，瑞典细胞化学家年代初，瑞典细胞化学家CasperssonCaspersson首先应用荧光染料喹吖因氮芥（首先应用荧光染料喹吖因氮芥（quinacrine mustardquinacrine mustard）处理染色体标本，发现在荧光显微镜下每条染色
17、体出处理染色体标本，发现在荧光显微镜下每条染色体出现了宽窄和亮度不同的纹，即现了宽窄和亮度不同的纹，即荧光带荧光带，富含富含ATAT碱基碱基的的DNADNA区段表现为亮带区段表现为亮带,富含富含GCGC碱基的区段表碱基的区段表现为暗带现为暗带，而各条染色体有其独特的带型，由此可而各条染色体有其独特的带型，由此可以清楚地鉴别人类的每一条染色体。缺点是标本易褪以清楚地鉴别人类的每一条染色体。缺点是标本易褪色色,不能做成永久性标本片。不能做成永久性标本片。20人类人类Q Q核型（核型（Q Q带与带与G G带相似）带相似）21b b）G G显带（显带（G bandingG banding）：染色体标本
18、用热、染色体标本用热、碱、蛋白酶等预处理后，再用碱、蛋白酶等预处理后，再用GiemsaGiemsa染色，可染色，可以显示出与以显示出与Q Q带相似的带纹。在光学显微镜下，带相似的带纹。在光学显微镜下，可见可见Q Q带亮带相应的部位带亮带相应的部位，被，被GiemsaGiemsa染成深带染成深带，而而Q Q带暗带相应的部位被带暗带相应的部位被GiemsaGiemsa染成浅带。染成浅带。这这种显带技术称为种显带技术称为G G显带。显带。G G显带克服了显带克服了Q Q显带的显带的缺点，缺点，G G带标本可长期保存，而且可在光学显带标本可长期保存，而且可在光学显微镜下观察，因而得到了广泛的应用，是目
19、前微镜下观察，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。进行染色体分析的常规带型。22人染色体人染色体G-G-带核型带核型23男性G显带中期分裂相 24c c）R R显带（显带（R bandingR banding）:所显示的带纹与所显示的带纹与G G带带的深、浅带带纹正好相反，故称为的深、浅带带纹正好相反，故称为R R带带（reversed bandreversed band）。G G带浅带如果发生异常，带浅带如果发生异常，不易发现和识别，而不易发现和识别，而R R显带技术可以将显带技术可以将G G带浅带带浅带显示出易于识别的深带，所以显示出易于识别的深带，所以R R显带对分析染
20、显带对分析染色体色体G G带浅带部位的结构改变有重要作用。带浅带部位的结构改变有重要作用。25d d）C C显带（显带（C bandingC banding）：）：专门显示着丝粒专门显示着丝粒的显带技术。的显带技术。C C显带也可使第显带也可使第1 1、9 9、1616号和号和Y Y染色体长臂的异染色质区染色。用染色体长臂的异染色质区染色。用NaOHNaOH或者或者BaBa（OHOH）2 2预处理标本后，再用预处理标本后，再用GiemsaGiemsa染液染液染色，可以特异地把染色，可以特异地把着丝粒和副缢痕处染成着丝粒和副缢痕处染成深色，深色，因而，因而，C C带可用来分析染色体这些部带可用来
21、分析染色体这些部位的改变。位的改变。26人类人类C C带核型带核型（显示着丝粒异染色质显示着丝粒异染色质）27e e）T T显带（显带（T bandingT banding）：）：专门显示染色体专门显示染色体端粒的显带技术，用来分析染色体端粒端粒的显带技术，用来分析染色体端粒:8787高温处理、高温处理、pH=6.7pH=6.7姬姆萨染色可以使染姬姆萨染色可以使染色体末端区域着色，所呈现的带型称为色体末端区域着色，所呈现的带型称为T-T-带，带，可以确定端粒断点的精确位置。可以确定端粒断点的精确位置。28f f）N N显带（显带（N bandingN banding）：专门显示核仁组织专门显示
22、核仁组织区的显带技术区的显带技术,将核仁形成区染得很深，染色将核仁形成区染得很深，染色体的其它部分则是淡染。体的其它部分则是淡染。g g）Ag-NORAg-NOR带：带：显示核仁形成区的显带技术，显示核仁形成区的显带技术，试剂为甲酸试剂为甲酸-硝酸银混合液，使该具有转录活硝酸银混合液，使该具有转录活性的核仁形成区染成黑色。性的核仁形成区染成黑色。29h h）高分辨显带（）高分辨显带（high-resolution bandinghigh-resolution banding）：分裂中期一套单倍染色体一般显示分裂中期一套单倍染色体一般显示320320条带。条带。7070年代后年代后期，采用细胞同
23、步化方法和改进的显带技术，获得细期，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，能显示带纹更多的染色体，能显示550-850550-850条带，甚至条带，甚至20002000条条带以上。高分辨显带技术，对染色体的分析达到了带以上。高分辨显带技术，对染色体的分析达到了亚亚带（带（subbandsubband）的水平）的水平。使我们能够确认那些更为使我们能够确认那些更为微小的染色体结构改变了。微小的染色体结构改变了。30i）SCE（sister chromatid exchange）显示方法
24、：）显示方法：5-BrdUT T 5-BrdU3132 优缺点：优缺点：染色体显带技术能够识别不同染色体显带技术能够识别不同的染色体，从染色体水平上了解许多疾病的的染色体，从染色体水平上了解许多疾病的遗传变异，但是受到遗传变异，但是受到分辨率分辨率（超过（超过3Mb3Mb的的DNADNA才会识别）的影响，才会识别）的影响，检测出像染色体微缺失检测出像染色体微缺失的综合症的微小染色体变异可能性较小的综合症的微小染色体变异可能性较小；只；只能分析中期分裂相细胞；而且，由于许多肿能分析中期分裂相细胞；而且，由于许多肿瘤是实体，染色体重组非常复杂，无法通过瘤是实体，染色体重组非常复杂，无法通过显带技术
25、得到全部的核型。显带技术得到全部的核型。33显带染色体模式图（巴黎会议，显带染色体模式图（巴黎会议，1971）19711971，单倍染色体，单倍染色体带纹数为带纹数为320320条；条；后来，可以显示出后来，可以显示出550550、850850或者更多或者更多的条带，这种染色的条带，这种染色体被称为体被称为高分辨显高分辨显带染色体（带染色体（high resolution banding chromosome，HRBC）3 3 染色体的分区与表示法染色体的分区与表示法 34已经划分好的带可以再细分，在原已经划分好的带可以再细分，在原来的带号数之后加一个小数点，并来的带号数之后加一个小数点，并写
26、明每一个亚带的号数，其编号原写明每一个亚带的号数，其编号原则仍按照从着丝粒往臂端序贯编号。则仍按照从着丝粒往臂端序贯编号。如图：细分之前的编号：如图：细分之前的编号：1p11p1，表，表示示1 1号染色体短臂号染色体短臂1 1区，而区，而1p1.11p1.1则则表示表示1 1号染色体短臂号染色体短臂1 1区区1 1亚区。依亚区。依此类推，此类推，1p11.11p11.1则表示在则表示在1 1亚区上亚区上有细划分的区带。有细划分的区带。1p11.111p11.11则表则表示示1p11.11p11.1上的次亚带，后面不再上的次亚带，后面不再加标点，加标点，人类人类1 1号染色体带的识别图解号染色体
27、带的识别图解注意：小的编号是靠近注意：小的编号是靠近着丝点一端的着丝点一端的。35pq3 2 11 2 3 46 4321 5213121 2123 541213241p31显带染色体：用特殊的染色方法使染色体沿其长轴显带染色体：用特殊的染色方法使染色体沿其长轴显示出明暗交替或染色深浅不同的横纹显示出明暗交替或染色深浅不同的横纹带。带。364 4 光谱核型分析光谱核型分析(Spectral karyotyping,SKY)(Spectral karyotyping,SKY)1996 1996 年年 SchrochSchroch等首次描述了等首次描述了SKYSKY技术。应用技术。应用5 5种荧光
28、素同时标记种荧光素同时标记2424条人染色体，制成染色体涂染探条人染色体，制成染色体涂染探针，应用针，应用FourierFourier光谱仪，光谱仪，CCCC成像和荧光显微镜进行检成像和荧光显微镜进行检测分析，经计算成像处理，测分析，经计算成像处理，4646条染色体形成具有不同条染色体形成具有不同颜色的核型影像颜色的核型影像,可用以分析各种染色体异常。可用以分析各种染色体异常。优势优势：特异性和分辨率比传统的显带技术高特异性和分辨率比传统的显带技术高 一次杂交即可分辨人的一次杂交即可分辨人的2424条染色体条染色体37人染色体光谱核型分析人染色体光谱核型分析38乳腺癌细胞染色体复杂的畸变乳腺癌
29、细胞染色体复杂的畸变395.5.分子细胞遗传学与核型分析分子细胞遗传学与核型分析5.1 5.1 原位杂交原位杂交（In situ hybridisation）标记的核酸探针变性后与已变性的标记的核酸探针变性后与已变性的靶核酸在退火温度下复性，在不改变被靶核酸在退火温度下复性，在不改变被分析对象，即维持其原位的前提下对靶分析对象，即维持其原位的前提下对靶核酸进行分析。核酸进行分析。405.2 5.2 荧光原位杂交荧光原位杂交 (Fluorescent in situ hybridisation，FISH)核酸探针用荧光染料标记，荧光信号核酸探针用荧光染料标记，荧光信号通过显微镜观察。通过显微镜观
30、察。荧光原位杂交，据标记物不同可分为：荧光原位杂交，据标记物不同可分为：间接法：用生物素或地高辛标记探针，间接法：用生物素或地高辛标记探针，通过与荧光染料结合的抗生物素或抗通过与荧光染料结合的抗生物素或抗 地高辛抗体将信号放大而进行检测。地高辛抗体将信号放大而进行检测。直接法：直接用荧光素标记，如直接法：直接用荧光素标记，如VysisVysis 公司的公司的FISHFISH探针。探针。41M-FISHM-FISH技术技术:19961996，M-FISHM-FISH技术得以建立。技术得以建立。运用几种不同的荧光染色，将人类的运用几种不同的荧光染色，将人类的2222对对染色体核染色体核2 2条性染
31、色体着色染成条性染色体着色染成2424种不同种不同的颜色组合，原理是：将几种荧光染料混的颜色组合，原理是：将几种荧光染料混合后产生的颜色要多于所使用的混合染料合后产生的颜色要多于所使用的混合染料数目，理论上，如果使用数目，理论上，如果使用n n种染料，则会种染料，则会检测出检测出2n-12n-1个目标。个目标。需要特殊的软件来识别虚拟颜色代表的不需要特殊的软件来识别虚拟颜色代表的不同荧光组合。同荧光组合。42荧光标记探针的优点：荧光标记探针的优点：不对环境构成污染不对环境构成污染灵敏度能得到保障灵敏度能得到保障可进行多色观察分析，可同时使用多个可进行多色观察分析，可同时使用多个探针，缩短因单个
32、探针分开使用导致的探针，缩短因单个探针分开使用导致的周期过长和技术障碍。周期过长和技术障碍。43荧光原位杂交原理示意图荧光原位杂交原理示意图44荧光原位杂交过程荧光原位杂交过程45DAPIDAPI4 4,6-,6-二联脒二联脒-2-2-吲哚苯吲哚苯FITC异硫氰酸酯异硫氰酸酯TRITC硫氰酸四甲基罗丹明硫氰酸四甲基罗丹明人染色体不同荧光素染色结果人染色体不同荧光素染色结果46人类全着丝粒探针人类全着丝粒探针 （pan-centromericpan-centromeric，Green)Green)和和全端粒探针全端粒探针 （pan-telomericpan-telomeric，Red)Red)4
33、7 5.3 5.3 染色体涂染染色体涂染(Chromosome painting)(Chromosome painting)又称为多重荧光原位杂交又称为多重荧光原位杂交(multiplex-(multiplex-fluorescence in situ hybridisation,M-fluorescence in situ hybridisation,M-FISH)FISH)将荧光原位杂交与染色体原位抑制杂交技将荧光原位杂交与染色体原位抑制杂交技术相结合，用单链术相结合，用单链DNADNA封闭基因组重复序列，封闭基因组重复序列，以减少非特异性杂交信号，增强特异性杂交的以减少非特异性杂交信号，
34、增强特异性杂交的强度，并用染色体特异性强度，并用染色体特异性DNADNA库作为探针池，库作为探针池，以不同荧光染料涂染整条染色体或染色体区段以不同荧光染料涂染整条染色体或染色体区段的新技术。的新技术。48染色体涂染技术的优点：染色体涂染技术的优点：可同时检测多个染色体，一次杂交可同时检测多个染色体，一次杂交即可检即可检 测人的测人的2424条染色体；条染色体；可检测简单及复杂的染色体重排。可检测简单及复杂的染色体重排。49小麦簇毛麦小麦簇毛麦F1 F1 代染色体间易位代染色体间易位50染色体涂染显示人染色体组染色体涂染显示人染色体组515.4 5.4 比较基因组杂交比较基因组杂交 Compar
35、ative Genomic Hybridization(CGH)(CGH)原理：原理：在荧光原位杂交基础上，结合消减杂在荧光原位杂交基础上，结合消减杂 交技术而发展起来的技术，主要用于肿瘤的检交技术而发展起来的技术，主要用于肿瘤的检测及其基因组分析测及其基因组分析 是由是由KallioniemiKallioniemi等在等在19921992年首先提出的，年首先提出的，是检测整个肿瘤基因组是检测整个肿瘤基因组DNADNA增加或减少的强有增加或减少的强有力的工具。力的工具。52比较基因组杂交原理示意比较基因组杂交原理示意 肿瘤肿瘤DNADNA和对照和对照DNADNA在染色体上的在染色体上的相对结合
36、量取决相对结合量取决于两种于两种DNADNA标本中标本中相应杂交序列的相应杂交序列的多少多少 因此可根据不因此可根据不同荧光強度的比同荧光強度的比率而定量分析肿率而定量分析肿瘤基因組中瘤基因組中DNADNA的的增加或丟失增加或丟失等比混合等比混合53数字化图像数字化图像54FITC/TRITC FITC/TRITC 荧光强度比率分析图荧光强度比率分析图Ratio image FITC/TRITCRatio image FITC/TRITC5556比较基因杂交的应用：比较基因杂交的应用：主要应用在检测肿瘤细胞的遗传变化主要应用在检测肿瘤细胞的遗传变化物种间染色体同源性比较物种间染色体同源性比较优
37、势优势：可快捷检测中期、间期基因组可快捷检测中期、间期基因组不需预先知道不需预先知道DNADNA发生改变的部位发生改变的部位一次实验即可检出待测样本整个基因一次实验即可检出待测样本整个基因组拷贝数的增减组拷贝数的增减57 此外，还有染色体显微切割、引物介导的原位标记（原位引物启动技术，PRINS）、SKY、CGH、彩色显带、纤维FISH、阵列CGH等技术也开始应用染色体。58第三节 染色体进化进化（广义）进化（广义）：是一种变异的过程，它是一种变异的过程，它是地球上原已经存在的生命形式产生新是地球上原已经存在的生命形式产生新的动物、植物和微生物类型的过程，进的动物、植物和微生物类型的过程，进化
38、形成新的物种。化形成新的物种。59物种形成的主要途径：物种形成的主要途径：物种转型（线系进化）：自体物种形成；种的数目减少（两个中融合）；种的数目增加（真种）瞬时物种形成（通过不同个体形成）瞬时物种形成（通过不同个体形成）遗传变异遗传变异：无性生殖的种中发生单基因突变；骤变：无性生殖的种中发生单基因突变；骤变式发生式发生细胞学变异：细胞学变异：染色体突变（易位、倒位等结构变异）染色体突变（易位、倒位等结构变异）；同源多倍体（植物）；双二倍体（即异源四倍体同源多倍体（植物）；双二倍体（即异源四倍体）渐变式物种形成）（通过群体形成新种）渐变式物种形成）（通过群体形成新种）同域物种形成；半地理物种形
39、成；地理物种形成（异同域物种形成；半地理物种形成；地理物种形成（异域物种形成）域物种形成）60染色体进化的基础：染色体进化的基础：一是一是染色体倍数的变化或通常所称的多倍体染色体倍数的变化或通常所称的多倍体。这尤其。这尤其在在植物界植物界，是相当普遍的现象。被子植物的多倍体频，是相当普遍的现象。被子植物的多倍体频率，虽有不同估计，但有率，虽有不同估计，但有7 7成至成至8 8成的物种的进化过程成的物种的进化过程可能涉及可能涉及染色体的异源多倍化染色体的异源多倍化。在动物界，除了鱼类。在动物界，除了鱼类核型演化过程中有比较清楚的例子外，多倍体尚不多核型演化过程中有比较清楚的例子外，多倍体尚不多见
40、。不过见。不过7070年代以后在年代以后在昆虫、两栖类、爬行类昆虫、两栖类、爬行类也陆续也陆续观察到不少多倍体现象。观察到不少多倍体现象。二是二是染色体结构的改变或称染色体重排染色体结构的改变或称染色体重排。这在动物染。这在动物染色体进化中可能是主要的机制色体进化中可能是主要的机制 。三是三是异染色质扩增异染色质扩增。结构异染色质的数量与分布，在。结构异染色质的数量与分布，在不同的生物类群可有很大差异。不同的生物类群可有很大差异。61四是四是染色体上能够移动位置的部分有可能引发物种染色体上能够移动位置的部分有可能引发物种向两个不同的方向进化。举例：向两个不同的方向进化。举例：杂种不育的基因在杂
41、种不育的基因在黑腹果蝇黑腹果蝇4 4号染色体上，在中国大陆拟果蝇却转移到号染色体上，在中国大陆拟果蝇却转移到了了3 3号染色体上号染色体上-如果某种基因可以在基因组如果某种基因可以在基因组中来回跳跃，那么会产生一些不能与普通个体杂交中来回跳跃，那么会产生一些不能与普通个体杂交的新的群体，如果还有其它物种形成压力，如地理的新的群体，如果还有其它物种形成压力，如地理隔离存在的话，这些压力有可能使一个物种向隔离存在的话，这些压力有可能使一个物种向2 2个方个方向进化，形成两个新的物种。向进化，形成两个新的物种。62人类和动物染色体进化人类和动物染色体进化狗、大鼠、小鼠、鸡的狗、大鼠、小鼠、鸡的X X
42、染色体染色体比较发现：比较发现：人类人类X X染色体与染色体与狗狗的的X X染色体上的基因排列基本相染色体上的基因排列基本相同，同，鼠类的部分鼠类的部分X X染色体片段有重排染色体片段有重排-这提这提示：示：鼠与人类从共同的祖先分化后鼠与人类从共同的祖先分化后，鼠类的鼠类的X X染染色体上的丢失了色体上的丢失了9 9百万的碱基对的片段百万的碱基对的片段，彻底和，彻底和人类华清了界限。人类华清了界限。63人类与鸡的基因组之间的比较：大多数人人类与鸡的基因组之间的比较：大多数人类类X X染色体短臂上的基因染色体短臂上的基因可以在可以在鸡的鸡的1 1号染色体号染色体上找到上找到，而，而大多数在人类大
43、多数在人类X X染色体长臂上的基因染色体长臂上的基因则可以在鸡的则可以在鸡的4 4号染色体上找到号染色体上找到，这个发现支持，这个发现支持了这一观点了这一观点-哺乳动物的哺乳动物的XYXY染色体是从其染色体是从其祖先的一对常染色体进化而来。祖先的一对常染色体进化而来。64X X染色体染色体-1098-1098个基因，只有个基因，只有5454个基因在个基因在Y Y染色体染色体有相应功能的等位基因，有相应功能的等位基因，Y Y染色体上只有染色体上只有7878个基因。个基因。X X染色体上的基因属于染色体上的基因属于低密度低密度，提示可能那些需要，提示可能那些需要双拷贝的、编码关键蛋白质的基因在哺乳
44、动物漫双拷贝的、编码关键蛋白质的基因在哺乳动物漫长的进化历程中已经从长的进化历程中已经从X X染色体转移到了其它染色染色体转移到了其它染色体上，从而保证双拷贝体上，从而保证双拷贝-至少一个坏了还有至少一个坏了还有一个替补。一个替补。654545年前，人们发现女性的年前，人们发现女性的一对一对X X染色体中的一染色体中的一条上大多数基因被关闭条上大多数基因被关闭-这种修饰称为这种修饰称为X-X-失活失活，这个机制能降低女性染色体上基因的表达，这个机制能降低女性染色体上基因的表达，使之与只有单个使之与只有单个X X染色体的男性达到平衡染色体的男性达到平衡，注意男，注意男性的性的Y Y染色体上基因数
45、目只有染色体上基因数目只有7878个，比个，比X X染色体少染色体少10001000多个，但是上世纪多个，但是上世纪8080年代末期发现这个沉默年代末期发现这个沉默的染色体的部分基因依然是活跃的，的染色体的部分基因依然是活跃的，至少至少15%15%仍在仍在表达表达。男性和女性的染色体：男性和女性的染色体：66人染色体的人染色体的第第2323对为性染色体对为性染色体。在在男性男性，两个性染色体不一样大，两个性染色体不一样大，X X染色体包含正常染色体包含正常生活必需的基因生活必需的基因，如编码凝血因子，如编码凝血因子的基因的基因,小的小的Y Y染染色体上似乎只存在决定男性化的基因色体上似乎只存在
46、决定男性化的基因。X X染色体上基染色体上基因如有缺陷，因因如有缺陷，因Y Y染色体不能补偿而必然显现出来。染色体不能补偿而必然显现出来。在在女性女性,两个都是两个都是 X X染色体染色体,彼此同源，因而一方有缺彼此同源，因而一方有缺陷，正常的一方有可能补偿。所以只有在女性才谈得陷，正常的一方有可能补偿。所以只有在女性才谈得到性显性或隐性。到性显性或隐性。67但在女性存在一种特殊情况使疾病表现复杂化。但在女性存在一种特殊情况使疾病表现复杂化。在女在女性，性，在发育早期在发育早期(可能在人胚着床之际可能在人胚着床之际)两个两个 X X染色体染色体之一浓缩起来失去功能之一浓缩起来失去功能。在一个细
47、胞里究竟是父方还。在一个细胞里究竟是父方还是母方的是母方的X X染色体失活，完全是随机的。在体细胞中这染色体失活，完全是随机的。在体细胞中这种失活是不可逆的，由这个细胞衍生出的一切细胞里种失活是不可逆的，由这个细胞衍生出的一切细胞里都是这同一方都是这同一方 X X染色体失活。但在生殖细胞要开始减染色体失活。但在生殖细胞要开始减数分裂时，这个失活数分裂时，这个失活 X X染色体又复活。如果一方性染染色体又复活。如果一方性染色体含有缺陷基因，由于这种随机失活的缘故，色体含有缺陷基因，由于这种随机失活的缘故，这个这个女性实际变成一个嵌合体：一部分细胞正常，一部分女性实际变成一个嵌合体：一部分细胞正常
48、，一部分细胞异常，而且正常与异常细胞数的比例也是不定的。细胞异常，而且正常与异常细胞数的比例也是不定的。例如假肥大性肌营养不良是性联隐性遗传病，男性患例如假肥大性肌营养不良是性联隐性遗传病，男性患儿很早就出现症状，很少活到成年。他的母亲往往毫儿很早就出现症状，很少活到成年。他的母亲往往毫无症状，但也有肢带肌无力和腓肠肌肥大者，这就是无症状，但也有肢带肌无力和腓肠肌肥大者，这就是因为存在相当数目异常细胞所致。因为存在相当数目异常细胞所致。68 一个有趣的例子：一个有趣的例子：人类与黑猩猩、大猩人类与黑猩猩、大猩猩、猩猩的亲缘关系。猩、猩猩的亲缘关系。人类（人类（Homo sapiensHomo
49、sapiens）染色体）染色体2n=462n=46；黑；黑猩猩猩猩2n=482n=48；大猩猩；大猩猩2n=482n=48；猩猩；猩猩2n=482n=48。人类。人类的染色体核型与黑猩猩最相似，而和猩猩的差的染色体核型与黑猩猩最相似，而和猩猩的差异最大。黑猩猩虽比人类多了异最大。黑猩猩虽比人类多了2 2条染色体，但条染色体，但经经G G带比较发现带比较发现人类人类2 2号染色体号染色体可能是可能是黑猩猩黑猩猩两两条染色体条染色体着丝粒融合着丝粒融合的产物，并且有的产物，并且有臂间多次臂间多次倒位倒位，其余的染色体都有很强的同源性，表明，其余的染色体都有很强的同源性，表明人类和黑猩猩的亲缘关系较
50、近。人类和黑猩猩的亲缘关系较近。69关于熊猫起源的争论：关于熊猫起源的争论：美国国家癌症研究所的美国国家癌症研究所的WilliamG.NashWilliamG.Nash采用采用染色体分带技术对大熊猫和熊的染色体带型进染色体分带技术对大熊猫和熊的染色体带型进行分析比较发现行分析比较发现大熊猫的大熊猫的1 1号染色体可能是熊号染色体可能是熊的的2 2，3 3号染色体罗伯逊易位的产物；同样号染色体罗伯逊易位的产物；同样2 2号号染色体与熊的染色体与熊的1 1，9 9号染色体同源，号染色体同源，3 3号染色体号染色体与熊的与熊的6 6，1616号染色体同源，号染色体同源，从而得出最后的从而得出最后的分
