染色体组型分析

染色体组型 遗传学实验之――染色体组型分析厦门大学生命科学学院实验目的:掌握染色体组型分析的各种数据指标学习染色体组型分析的基本实验原理定义:染色体组型又称核型，是指将动物、植物、真菌等的某一个体或某一分类群(亚种、种、属等)的体细胞内的整套染色体，按它们相对恒定的特征排列起来的图像。核型模式图是指将一个染色体组的全部染色体逐个按其特征绘制下来，再按长短、形态等特征排列起来的图像。发展历史1920 年提出三项技术促进:低渗处理秋水仙素应用植物凝激素应用染色体分带技术:Q带、G带、C带、R带、T带、N带等FISH 技术染色体的 特征数目(2n= ,)长度(绝对长度、相对长度)着丝粒位置(M\SM\ST\T )随体与次溢痕的数目、大小和位置带型分析各类常用实验生物和人细胞DNA 含量与染色体数目染色体超螺旋染色体的大小灯刷染色体(光镜观察)染色体观察及核型分析应用意义染色体组型分析――染色体水平上的型可确定物种的特征，确定种属亲缘关系分析生物物种的变异和进化过程识别单条染色体、基因定位临床应用(染色体疾病、产前诊断)组型分析实验方法染色体数目确定染色体形态特征:长度:绝对、相对相对长度=每条染色体的长度/全套染色体长度臂比=长臂/短臂着丝点指数=短臂/(长+短臂)随体的有无分组排队原则着丝粒类型相同，相对长度相近的分一组同一组的按染 色体长短顺序配对排列各指数相同的染色体配为一对可根据随体的有无进行配对将染色体按长短排队，短臂向上实验用品毫米尺、剪刀、胶水、计算器、白纸人染色体放大照片染色体编号(人X染色体) 核型描述首先列出染色体总数，然后是性染色体组成，接着列出异常的染色体数目或形态。下列统一的命名符号:A-G 染色体组的名称1-22 染色体编号X,Y 性染色体del 缺失der 结构重排的染色体dup 重复inv 倒位t 易位+/- 在染色体符号前表示染色体增加或减少，在染色体符号后表示染色体多出或缺少一部分实验计数，沿边缘剪下染色体，编号初步目测配对，分组测量长度，计算相对长度、着丝粒指数、臂比，相同的染色体间配对将配对好的染色体排列并粘贴在纸上，每一组下面画一横线，在两端注明起止号，并在横线下的中部写明A-G 组号，染色体从大到小编为1-22 号，性染色体单独列为一组思考题请描述核型:45 ，XY, der (14;21) (q21;q14) 47 ，XY, +21 生命科学中的“钓鱼”(FISH )技术遗传及分子生物学实验新技术新方法系列讲座发展历史荧光原位杂交技术(fluorescence in situ Hybridization,FISH) 问世于70 年代后期,其曾多用于染色体异常的研究,近年来随着FISH 所应用的探针种类的不断增多,特别是全COSMID 探针及染色体原位抑制杂交技术的出现,使FISH 技术不仅在细胞遗传学方面,而且还广泛应用于肿瘤学研究,如诊断、基因定位等放射性同位素原位杂交技术原有的放射性同位素原位杂交技术存在着较多缺点，诸如每次检验需重新标记、已标记的探针表现出明显的不稳定性、需要较长时间的曝光时间和对环境的污染等。在 观察结果时，需要较多的分裂相进行统计学分析。此外，由于放射性银粒和染色体聚集的不同平面，可能引起计数上的误差等。FISH 的基本原理很简单, 就是标记了荧光的单链DNA( 探针)和与其互补的DNA( 玻片上的标本)退火杂交, 通过观察荧光信号在染色体上的位置来反映相应基因的情况. 荧光原位杂交(FISH )FISH 技术是常规染色体分析的辅助手段。它是用荧光素标记特异探针，与染色体做杂交后，根据特异的荧光信号来判断结果。它可用于标记染色体的识别、特异融合基因的检测、新基因定位，用全染色体涂抹探针识别复杂的染色体结构异常。FISH 具有其不可比拟的优点:1. 操作简便，探针标记后稳定，一次标记后可使用二年。2. 方法敏感，能迅速得到结果。3. 在同一标本上，可同时几种不同探针。4. 不仅可用于分裂细胞染色体数量或结构变化的研究，而且还可用于静止期细胞的染色体数量及基因改变的研究。FISH 的技术特点:FISH 选用的标本可以是分裂期细胞染色体也可以是间期细胞。间期细胞可以是冰冻切 片，也可以是细胞滴片或印片。生物素(Biotin )地高辛 (digoxigenin ), dinitrophenyl(DNP) ，aminoacetyl fluorene(AAF) 均可用于探针标记。直接标记和间接标记用生物素或地高辛标记称为间接标记, 杂交后需要通过免疫荧光抗体检测方能看到荧光信号, 因而步骤较多, 操作麻烦, 其优点是在信号较弱或较小时可经抗原抗体反应扩大直接用荧光素标记DNA 的方法称为直接标记. 由于直接标记的探针杂交后可马上观察到荧光信号, 省去了烦琐的免疫荧光反应, 不再需要购买荧光抗体, 也由于近年来荧 光素的亮度和抗淬灭性的不断改进和提高, 直接标记的荧光探针越来越成为首选, 并采用多种不同颜色的荧光, 方便在同一标本上同时检测多种异常. 其荧光强度和信号大小都易于在普通荧光显微镜下观察, 使FISH 过程变得简便而易于操作. 探针标记在已知探针DNA 结构及序列情况下可采用PCR 或RNA 逆转录法标探针。通常用Biotin 标记的探针应大于100bp ，较小的探针可采用PCR 技术来标记。近年来，VYSIS 公司成功的生产了大片段的DNA 探针(100—400kb )。由于探针较长，故可将荧光物质直接标记在核苷酸上，这不仅使杂交过程进一步简化面且杂交信号增强。染色体着丝粒荧光染色体端粒荧光多色信号采集常规的荧光显微镜的荧光显微镜的照像，彩色胶片不易多次曝光，限制了这种联合标记探针的应用，使用CCD 照像系统，先分别多次摄取灰色的影像关储存在计算机内，而后冠以人为的颜色，运用软件系统融合各次得到的影像，最终形成一个复合的多颜色的图像。FISH 和G显带技术结合对已做过G显带的染色体片子用75% 的乙醇或甲醇褪色后，可使FISH 更清晰的辨认各条染色体及染色体结构异常(包括某些复杂的易位，插入，倒位等),不仅可以用新近G带外理过的片子，而且还可用陈旧的G带片子。因此，FISH 技术可成功的帮助细胞遗传学家做出回顾性分析。FISH 技术和其他技术的结合FISH 技术和RFLP 结合，可以精确地描述原属于染色本长短臂等结构改变和染色体核形或复杂片段的性质。FISH 和细胞免疫化学技术结合，可以同时用多种颜色反应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，有助了解核苷酸结构功能以及表达产物之间关系的研究。多色荧光原位杂交(M-FISH )M-FISH 相当于在一次杂交中给每一条染色体都涂上了不同的颜色, 因而很容易就可看到多条染色体间的复杂易位情况和确定标志染色体的来源. M-FISH 是1996 年才建立的一种新技术。使用5种荧光染料按比例标记探针，杂交后形成24 条染色体上24 种特异的荧光色彩以供核型分析。它为人们提供了既丰富又完善的细胞遗传学信息，包括确定标记染色体的来源、检测微小的染色体易位和检测复杂的染色体易位。多色荧光染色体显带(Rx-FISH )能否让每条区带也杂交上不同的颜色呢? 这一想法导致了彩色核型分析(Rx-FISH) 的诞生. Rx-FISH 技术是采用多种荧光素标记与人类DNA 有高度同原性猿的DNA 作为探针，杂交后使人类的24 条染色体上呈现特异的带型。这样便可根据彩色的荧光条带进行核型分析。比较基因组杂交(CGH )CGH 不需要制备患者的染色体标本, 只需采用肿瘤患者的基因组DNA 和正常人的基因组DNA 作为探针，与正常人的中期染色体分裂相进行杂交。比较两种探针所标的荧光信号的强度比率来判断肿瘤患者的DNA 是否存在缺失、增加或复制。因而CGH 最适合于检测实体瘤, 淋巴瘤等不易得到高质量染色体标本的疾病. CGH 另一无法替代的优点是, 它可在一次杂交中检测整个基因遗传物质的增加或减少, 但精度有限, 对微小的扩增或缺失检测不出, 仅适用于对整个基因组进行筛查. CGH 也无法发现平衡染色体易位. FISH 的临床运用在细胞遗传学检查中，重复序列的探针应用最多，它们是α卫星DNA 、β卫星DNA 和经典卫星DNA 探针。 α卫星DNA 探针主要检测人染色体的着丝粒。β卫星DNA 位于顶端着丝粒染色体及染色体的异染色质周围。经典卫星DNA 有着AATGG 短片段，位于染色体1、9、15 、16 和Y染色体长臂异染色质周围，后两处探针除了可用于染色体数目检查外，还可用于上述部位精细改变的检查。FISH 的临床运用白血病检测中常用的FISH 探针有单一序列探针, 着丝粒探针, 整条染色体探针, 常用方法有单标记FISH, 双标记FISH, 比较基因组杂交(CGH), M-FISH 和Rx-FISH 等.各种FISH 探针及方法均在白血病的诊断, 治疗监测, 预后估计和微小残留病检测中起重要作用应用实例常规的染色体核型分析已广泛用于各类急、慢性白血病患者的骨髓染色体检查。如M3 型的t(15 ;17 )、M2b 型的t(8;21 )、CML 和部分ALL 的Ph 染色体等。FISH 技术已成功地用于t(15 ;17 )，t (8 ;21) 和Ph 染色体等的检测，并为人类基因组实验室发现的新基因进行了定位。利用染色体涂抹技术，结合常规核型分析和CGH 技术，确诊了多例复杂的染色体异位。已用CGH 技术，分别对高二倍体ALL 的患者和CML 患者进行了研究。 CGH 技术在实体瘤的DNA 研究中有其独特的优势。Rx-FISH 和M-FISH 都是目前细胞遗传学中最先进的研究手段。对于肿瘤性疾病包括白血病和实体瘤中极其复杂的染色体异常的检测有着不可替代的作用。染色体制片技术骨髓细胞和外周血细胞制片技术直接制片法:直接取骨髓细胞经空气干燥法制片外周血淋巴细胞制片:快速法先注射秋水仙素-低渗-固定-干燥培养法取血加植物凝血素培养植物细胞染色体制片技术前处理-酶解去壁-低渗-固定-解离-染色-压片* * 物种染色体数目DNA 含量(bp )MS2 λ噬菌体T4 枯草杆菌大肠 杆菌啤酒酵母果蝇海胆蛙小鸡小鼠玉米人1 1 1 1 1 34 8 52 26 78 40 20 46 3×103 5×104 5×105 2×106 4.2×106 1.4×107 1.4×108 1.6×109 4.5×109 2.1×109 4.7×109 3×109 3.2×109 人 类23 对染色体记述一特定带时，需要写明4个:染色体号，长 短臂，区的号序和带的号序。这些内容按顺序写，不用间隔或加标点。如果某一带被再细分，在原带号数后加一小数点，编号原则仍按从着 丝粒往臂端序贯编号。如1p31.2 代表一号染色体短臂3区1带第2 亚带* *