细胞核和染色体

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三节 染色体,一、中期染色体的形态结构,同一物种的染色体数目是相对稳定的，性细胞染色体为单倍体（,haploid,），体细胞为,2,倍体（,diploid,），还有一些物种的染色体成倍增加成为,4n,、,6n,、,8n,等，称为多倍体。同一个体的体细胞并非都是,2,倍体，如大鼠肝细胞有,4n,、,8n,、,16n,等多倍体细胞，果蝇卵巢滋养细胞表现为,2n,、,4n,、,8n,、,16n,、,32n,、,64n,、,128n,等不同倍性。,染色体的数目因物种而异，如人类,2n=46,，黑猩猩,2n=48,，果蝇,2n=8,，家蚕,2n=56,，小麦,2n=42,，。在植物中染色体最少的仅,2,对染色体，最多的物种可达,400-600,对。在动物中染色体最少的是一种介壳虫的雄虫仅有两条染色体，而另一极端是一种灰蝶有,217-223,对染色体。,染色体,（,Chromosome,）,姊妹染色单体,（,Sister chromatid,）,根据着丝粒在染色体上的位置：,中着丝粒染色体,（,Metacentric chromosome,）,近中着丝粒染色体,（,Submetacentric chromosome,）,近端着丝粒染色体,（,Arocentric chromosome,）,端着丝粒染色体,（,Telocentric chromosome）,染色体的各部分名称,根据着丝粒位置进行的染色体分类图示,1、着丝粒与动粒（也称着丝点,kenetoche）,着丝粒和动粒（着丝点）是两个不同的概念，前者指中期染色单体相互联系在一起的特殊部位；后者指主缢痕处两个染色单体外侧表层部位的特殊结构，它与仿锤丝微管相接触。,着丝粒含,3,个结构域，即：动粒结构域（,kinetochore domain,）、中央结构域（,central domain,）和配对结构域（,paring domain,）。,动粒结构域,位于着丝粒的表面，由外板（,outer plate,）、内板（,inner plate,）、中间区（,interzone,）和围绕外层的纤维冠,(fibrous corona),。内外板的电子密度高，中间区电子密度低。内板与中央结构域的着丝粒异染色质结合，外板与微管纤维结合，纤维冠上结合有马达蛋白。,中央结构域,位于着丝粒结构域的下方,是着丝粒区的主体，由高度串联重复的,卫星,DNA,构成，重复单位171bp，重复2000-3000次，表现为异染色质特性。,配对结构域,位于着丝粒结构的内层，中期两条染色单体在此处相互连结，在此区域发现有两类蛋白，一类为内着丝粒蛋白,INCENP,（,inner centromere protein,），另一类为染色单体连接蛋白,CLIP,（,chromatid linking protein,）,.,对着丝粒蛋白主要是使用,ACA,来研究的。,ACA,是从,CREST,综合症病人血清中分离出来的抗着丝粒蛋白的抗体,(anticentromere antibodies),。用,ACAs,发现鉴定出来的,CENP,主要有,6,种，即：,CENP-A,至,F,，它们都能与一个17bp的DNA模式特异结合，与细胞的分裂及调控密切相关，进化上非常保守,。,着丝粒结构区域组织,着丝粒的3个结构域,着丝点结构域,荧光原位杂交显示着丝粒卫星DNA,2,、,主缢痕（,primary constriction,）,中期染色体上一个染色较浅而缢缩的部位，主缢痕处有着丝粒，亦称着丝粒区，由于这一区域染色线的螺旋化程序低，,DNA,含量少，所以染色很浅或不着色。一般动植物的染色体具有一个位置固定的着丝粒,(localized contromere),，有些生物整个染色体都具有着丝粒活性，称为全着丝粒（,holocentromere,）如：如蛔虫、线虫、蝶、蛾、蚜虫等。,3,、次缢痕（,secondary constriction,）,除主缢痕外，染色体上第二个呈浅缢缩的部分称次缢痕，次缢痕的位置相对稳定，数目、位置和大小是鉴定染色体个别性的一个显著特征。,4,、,核仁组织区（,nucleolar organizing regions, NORs,）,核糖体,RNA,基因（5SrRNA基因除外）所在的区域。核仁组织区位于染色体的次缢痕区，但并非所有的次缢痕都是,NORs,。,5,、,随体（,satellite,）,指位于染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕区与染色体主体部分相连。位于染色体末端的随体称为端随体，位于两个次缢痕中间的称中间随体。,6,、,端粒（,telomere,）,染色体端部的特化部分，作用是维持染色体的完整性和个体性,（用,X,射线将染色体打断，不具端粒的染色体末端有粘性，会与其它片段相连或两端相连而成环状）,。端粒由高度重复的短序列串联而成，在进化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似，哺乳类的序列为,GGGTTA,，500-3000次重复,。,荧光原位杂交显示端粒和端粒序列,二、染色体DNA的三种功能元件,为确保染色体的复制和稳定遗传，染色体具有,3,个基本元素，,即：,自主复制序列,(autonomously replicating DNA sequence,ARS,),、,着丝粒序列,(centromere DNA sequence,CEN,),和,端粒序列,(telomere DNA sequence,TEL,),。,1、自主复制序列,(,ARS,),是,DNA,复制的起点，酵母基因组含,200-400,个,ARS,，大多数具有,一个11-14 bp，,富含,AT,的共有序列（,ARS consensus sequence, ACS,）。含有这一序列的质粒能高效转化宿主细胞，并能在细胞中独立于宿主染色体存在。,2、着丝粒序列,(,CEN,),不同来源的CEN的共同特点是具有两个彼此相邻的核心区，一个是80-90 bp的AT区，另一个是11 bp的保守区。CEN由大量串联的重复序列组成，如,卫星,DNA,，其功能是参与形成着丝粒，使细胞分裂中染色体能够准确地分离.,3、,端粒序列,(,TEL,),不同生物的端粒序列都很相似，由长,5-10 bp,的重复单位串联而成，人的重复序列为,GGGTTA,。真核细胞染色体端粒的重复序列不是染色体DNA复制时连续合成的，而是由端粒酶（telomerase）合成后添加到染色体末端。端粒酶是一种核糖核蛋白复合物，具有逆转录酶的性质，以物种专一的内在RNA为模板，把合成DNA的添加到染色体的3端。,端粒序列和端粒酶,端粒起到细胞分裂计时器的作用，端粒核苷酸复制和基因,DNA,不同，每复制一次减少,50-100 bp,，正常体细胞染色体缺乏端粒酶活性，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。人的生殖细胞和部分干细胞染色体具有端粒酶活性，所以人的生殖细胞染色体末端比体细胞染色体末端长几千个bp。肿瘤细胞和永生细胞系具有端粒酶的活性。,1983,年，,A. W. Murray,等人首次成功构建了包括,ARS,、,CEN,、,TEL,和外源,DNA，,总长度为,55kb,的酵母人工染色体,(yeast artificial chromosome,YAC,),。,YAC,可用于转基因和构建基因文库，容纳插入片段的能力远高于质粒。,染色体的三种基本序列,三、核型与染色体显带,对人类到底有多少条染色体这样的问题一直争论到,1956,年才得以确认，主要归功于,50,年代以后逐步发展起来的低渗处理，压片技术以及秋水仙处理和细胞培养技术。二十世纪六十年代末至七十年代发展起来的各种染色体分带技术，使染色体的研究进入了一个黄金时代。为人类遗传病的鉴定，物种的亲缘关系与进化研究、遗传育种等方面提供了重要的依据。,核型（,karyotype,）,是细胞分裂中期染色体的表型，包括染色体的数目、大小和形态特征等方面。如果将成对的染色体按形状、大小依顺序排列起来叫核型图,(karyogram),，而染色体组型（,idiogram,）,通常指核型的模式图，代表一个物种染色体的模式特征。核型分析对于探讨人类遗传病的机制、物种亲缘关系与进化、远源杂种的鉴定等具有重要意义。,一种蝉的有丝分裂核型,染色体显带技术：,是经物理、化学因素处理后，再用染料对染色体进行分化染色，使其呈现特定的深浅不同带纹（,band,）的方法，于1968年由瑞典人Casperson首先建立。显带技术可分为两大类，一类是产生的染色带分布在整个染色体的长度上，如：,G,、,Q,和,R,带，另一类是局部性的显带，它只能使少数特定的区域显带，如,C,、,Cd,、,T,和,N,带。,Q带：,喹丫因染色后，紫外照射下的明暗带（富含AT的明带，富含GC的暗带）；,G带：,Giemsa染料染色后所呈现的染色体区带；,R带：,是中期染色体经碱性磷酸盐处理，丫啶橙或Giemsa染色后所呈现的带型，一般与G带正好相反；,C带：,显示着丝粒结构异染色质及它染色体区段的异染色质。,T带：,是染色体端粒部位经丫啶橙染色后呈现的区带；,N带：,Ag-As染色，主要染核仁组织者区域的酸性蛋白。,1975年建立了染色体高分辨显带技术。,染色体微切割和分子克隆技术。,正常男人染色体显带核型,人类G带核型,（显示染色体上富含AT的序列）,人类Q核型,（Q带与G带相似）,人类带C核型,（显示着丝粒异染色质）,人类染色体组型和带型,四、巨大染色体,1,多线染色体（polytene chromosome）,1881,年意大利的,Balbiani,发现双翅目摇蚊幼虫的唾腺细胞的具有如下特点：,体积巨大,，染色体比其它体细胞染色体长,100-200,倍，体积大,1000-2000,倍。,多线性,，每条多线染色体由,500-4000,条解旋的染色体合并在一起形成。,体细胞联会,，同源染色体紧密配对，并合并成一个染色体。,横带纹,，染色后呈现出明暗相间的带纹。,膨突和环,，在幼虫发育的某个阶段，多线染色体的某些带区疏松膨大，形成膨突（,puff,），或巴氏环（,Balbiani ring,）。用,H,3,-TdR,处理细胞，发现膨突被标记，说明膨突是基因活跃转录的形态学标志。,多线染色体是由于核内有丝分裂的结果，即染色体多次复制而不分离的结果。,果蝇的多腺染色体,多线染色体带和胀泡形成示意图,2,灯刷染色体（lamp-brush chromosome）,1882年Flemming首次报道，这种染色体最早发现于鱼类、两栖类和爬行类卵母细胞减数分裂的双线期。由于染色体主轴两侧有侧环，状如灯刷，故名灯刷染色体。由两条同源染色体组成，在交叉处结合，每条同源染色体含,2,条染色单体。轴上有一些染色粒，代表染色质紧密螺旋化的部位。同时两条染色单体向两边伸出许多侧环，一个平均大小的环约含100 bp DNA，两栖类一套灯刷染色体大约有一万个侧环。,灯刷染色体中大部分DNA以染色粒形式存在，没有转录活性。侧环是,RNA,活跃转录的区域，一个侧环是一个转录单位或几个转录单位的组合，侧环的粗细与转录状态有关。,灯刷染色体,灯刷染色体结构模型,