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1、第四章 染色体,染色质与染色体 染色体在细胞分裂中的行为 生殖细胞的发生 正常核型,第一节 染色质与染色体,一、染色体的形成与染色质螺旋化 二、常染色质和异染色质 三、性 染 色 质 chromatin,一、染色体的形成与染色质螺旋化,二、常染色质和异染色质,常染色质(euchromatin) 异染色质(heterochromatin),常染色质(euchromatin),概念：在间期细胞核中结构较为松散、碱性染料着色较浅的染色质。 螺旋化程度低，是有功能的染色质，能活跃地进行复制和转录。在电镜下呈浅亮区，一般位于细胞核的中央。,异染色质(heterochromatin),概念：碱性染料染色时
2、着色较深的染色质组分较紧密，其螺旋化程度较高，是转录不活跃的染色质，一般位于核的边缘，还有一些与核仁结合，构成核仁染色质的一部分。 类型: 结构异染色质（或组成型异染色质） (constitutive heterochromatin) 兼性异染色质 (facultative heterochromatin),结构异染色质,除复制期以外，在整个细胞周期均处于凝集状态， 结构异染色质的特征： 在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染色体臂的某些节段； 由相对简单、高度重复的DNA序列构成, 如卫星DNA； 具有显著的遗传惰性, 不转录也不编码蛋白质； 在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制
3、早聚缩； 在功能上参与染色质高级结构的形成，,兼性异染色质,含有一系列重复序列的DNA，在某些细胞类型或一定的发育阶段, 原来的常染色质聚缩, 并丧失基因转录活性, 变为异色质，如X染色质, 概念：指间期核中染色质的异染色质部分显示出来的一种特殊结构。分为X染色质和Y染色质。 1、 X染色质-巴氏小体(Barr body)。 为什么正常女性的间期细胞核中有巴氏小体，而男性没有？这种差异的原因？ 为什么正常女性两条X染色体的基因产物并不比男性多？ 为什么某一X-连锁的突变基因纯合女性的病情并不比男性严重？,三、性 染 色 质 chromatin,Lyon假说：1961年，Marry Lyon提出
4、了X染色质失活的假说 (1)雌性哺乳动物体细胞中，两条染色体中仅有一条在遗传上有活性；另一条在遗传上是失活的，在间期核中异固缩为X染色质; (2)失活发生在胚胎早期，如人类大约在妊娠的第16天； (3)X染色体的失活是随机的. (4)一旦某一特定的细胞内的一个X失活，那么由此细胞而来的所有细胞保持相同的失活特点。,X染色质数目n1 Lyon化现象：在正常女性体细胞中两个X染色体中有一个X染色体异固缩而失活的现象。 X染色体的剂量补偿效应（dosage compensation effect）: Lyon化现象保证了雌雄两性细胞中只有一条X染色体保持转录活性，使两性X连锁的基因产物保持在相同水平
5、上，这种效应称为X染色体的剂量补偿效应。 失活的X染色体上的基因并非都失去了活性，如X染色体数目异常的个体。,2、Y染色质： 正常男性的间期细胞用荧光染料染色后，在核中可见到一个圆形或椭圆形的强荧光小体，称为Y染色质。 位于Y染色体长臂远端2/3的区段； 是男性细胞中特有的； 细胞中Y染色质的数目与Y染色体的数目相同； 正常男性的间期细胞中有一个Y小体； 核型为47，XYY个体：,第二节 染色体在细胞分裂中的行为,一 细胞增殖周期 二 有丝分裂 三 减数分裂,细胞增殖有丝分裂,细胞周期（cell cycle) ： 细胞从前一次分裂结束开始到下一次分裂结束为止的一段时间.,（一）间期（inter
6、phase),1.G1期（gap 1): （1）.生长期，合成3种RNA、核糖体、Pr等，细胞体积大。 （2）.合成与DNA复制有关的酶 限制点（restriction point)(R点) 2.S期（DNA synthesis) 由S期激活因子启动 合成 DNA（4692）、组Pr、RNA聚合酶 3.G2期（gap 2) 合成：RNA、Pr、微管Pr、Pr激酶，G2晚期，合成有丝分裂因子。,（二）M期(mitotic phase),1.前期（prophase) 核：核大，染色质CS，核仁、核膜消失。 细胞质：中心粒分开，形成纺锤体。 2.中期（metaphase) CS排列于赤道板上 中期C
7、S各部名称 3.后期(anaphase) 染色单体分离 4.末期(telophase) CS染色质，核仁、核膜重现，纺锤丝消失，中部膜凹陷，2子细胞。,减数分裂,有性生殖过程中的一种特殊的细胞分裂； 分裂后细胞中染色体数目减半。 分裂中遗传物质的交换、重组及自由组合是生物变异及多样性的基础。 由两次分裂组成：第一次减数分裂和第二次减数分裂。 第一次减数分裂：同源染色体分离； 第二次减数分裂：染色单体分开。,由两次分裂组成 ： 第一次减数分裂和第二次减数分裂 第一次减数分裂：同源染色体分离； 第二次减数分裂：染色单体分开。,第三节 生殖细胞的发生,精子发生 卵子发生,无性生殖：无生殖细胞的结合，
8、亲代与子代几乎完全相同. 有性生殖：有生殖细胞的结合，亲代与子代不完全相同，存在变异。,配子发生gametogenesis:有性生殖过程中精子和卵子的形成过程。 特点:进行减数分裂. 精子发生： 卵子发生：,精子发生：,由精原细胞在睾丸曲细精管内发育为精子. 分为 A型和B型精原细胞. A型为干细胞,可在增殖期转化为B型. 约需64-72天 分为增殖期 生长期 成熟期和变形期四个时期,增殖期：精原细胞spermatogonium(2n)有丝分裂 生长期：精原细胞体积增大，成为初级精母细胞primary spermatocyte (2n) 成熟期：初级精母细胞经第一次减数分裂成为次级精母细胞se
9、condary spermatocyte(n)，经第二次减数分裂成为精细胞spermatid(n)。 变形期:顶体形成；核染色质凝集-组蛋白被精蛋白代替；尾部形成。变成精子(n),44XY,精原细胞,初级精母细胞,次级精母细胞,精细胞,精子,增殖期,生长期,成熟期,变形期,卵子发生,增殖期：胚胎第六周,生成卵原细胞（2n);第20周,大部分卵原细胞发育为初级卵母细胞(2n);6个月卵原细胞增殖结束. 生长期：初级卵母细胞进入第一次减数分裂并停留在前期的双线期.在卵泡中发育,分为4个阶段： 原始卵泡-初级卵泡-次级卵泡-成熟卵泡 成熟期：出生时，停留在减数分裂前期，青春期开始,每月有一个初级卵母
10、细胞完成第一次减数分裂形成一个次级卵母细胞(n)和一个第一极体(n),排卵时停留在减数分裂的中期。受精后完成分裂形成卵细胞(n).第一极体形成两个第二极体(n) 。如未受精，则次级卵母细胞在24小时内死亡。,染色体的形态、结构特征在细胞周期中，以细胞分裂中期最为典型，称为中期染色体。 如何获得中期染色体?,第四节 正常核型,细胞培养与染色体制备,正常人外周血或细胞 RPMI1640培养基+15%小牛血清=5ml 370C，培养68 hr 加秋水仙素，培养24 hr（抑制细胞分裂） 收集细胞 离心，去上清液（1000rpm/10 min） 低渗处理，0.075 M KCI，370C，25min
11、预固定，甲醇：冰醋酸=3：1 离心，去上清液（1000rpm/10 min） 重复固定三次 制片，染色，观察，染色体分析,一、人类中期染色体形态和类型,长臂p,短臂q,主缢痕,副缢痕,端粒(telomere),着丝点,着丝粒,亚中着丝粒染色体5/8-7/8,近端着丝粒染色体7/8-末端,中着丝粒染色体1/2-5/8,核型：一个体细胞内的全部染色体按大小、着丝粒的位置分组编号构成的图像。 臂的相对长度、臂率、着丝粒指数,二、核型分析kartotype analysis,（一）非显带核型,各染色体组的特征,核型描述：,染色体总数，性染色体 正常男性 46， XY 正常女性 46， XX,(二）显带
12、核型,染色体显带：经不同的方法处理染色体，经染色后使染色体在纵轴上显示明、暗或着色深、浅相间的横纹即显带（Banding）。 这种带对每一条染色体来说都是独特的，可以区分和确认每一条染色体。,1.各种显带带型,Q带：氮芥喹吖因(QM) C带：Y染色体 着丝粒 副缢痕 T带：染色体末端结构异常 N带：AgNO3Giemsa NOR G带：胰酶Giemsa R带：经处理的标本Giemsa 或 Acridine Orange 高分辨显带(high resolution banding),Xp,Xq,1,1,2,2,1 2 3 4 5 6 7 8,2、显带染色体的命名与书写,1972，人类细胞遗传学命
13、名的国际体制ISCN 界标(landmark) ：每条染色体经显带后具有的稳定的、显著形态学特征的标记。包括染色体两臂的末端、着丝粒和某些带 表示带的四要素：号/臂/区/带 区(region)带(band)亚带和次亚带 染色体号臂的符号区的序号带的序号按顺序书写，无间隔和标点，带与亚带用点号隔开。如：Xq28，1p32.12,人类G带（320条带）,1秃2蛇3蝶飘 4鞭炮 5黑腰 6号小白脸 7上8下9苗条 10q近带好 11低12高 13q带均匀 14二四染色深 15q显中点 16q缢痕大 17长远戴脚镣 18人小肚皮大 19中间一点腰 20头重 脚轻 21葫芦瓢 22一点Y黑脚 Xpq一担
14、挑,G带CS的识别 G带是最常用的带型 人类G带CS带型（320条带）,1秃2蛇3蝶飘,Xpq一担挑,19中间一点腰 20头重 脚轻,第五节 分子细胞遗传学,分子细胞遗传学（molecular 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。,一、荧光原位杂交FISH,fluorescence in situ hybridization 1986年Pa
15、nkel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。,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。,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
16、，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的产前诊断中成为FISH的替代方法。,利用引物原位标记技术诊断18三体综合征,a:18号染色体引物特异性地标记未培养的正常羊水细胞间期核可见2个荧光信号； b:18三体综合征间期核可见3个荧光信号。,a,b,三、DNA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。,四、比较基因组杂交CG
