第八章細(xì)胞核和染色體3

1、第三節(jié)第三節(jié) 染色體染色體一、中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)一、中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 同一物種的染色體數(shù)目是相對穩(wěn)定的，性細(xì)胞染色體為單同一物種的染色體數(shù)目是相對穩(wěn)定的，性細(xì)胞染色體為單倍體（倍體（haploid），體細(xì)胞為），體細(xì)胞為2倍體（倍體（diploid），還有一些物），還有一些物種的染色體成倍增加成為種的染色體成倍增加成為4n、6n、8n等，稱為多倍體。同一等，稱為多倍體。同一個(gè)體的體細(xì)胞并非都是個(gè)體的體細(xì)胞并非都是2倍體，如大鼠肝細(xì)胞有倍體，如大鼠肝細(xì)胞有4n、8n、16n等多倍體細(xì)胞，果蠅卵巢滋養(yǎng)細(xì)胞表現(xiàn)為等多倍體細(xì)胞，果蠅卵巢滋養(yǎng)細(xì)胞表現(xiàn)為2n、4n、8n、16n、32n、64n、12

2、8n等不同倍性。等不同倍性。 染色體的數(shù)目因物種而異，如人類染色體的數(shù)目因物種而異，如人類2n=46，黑猩猩，黑猩猩2n=48，果蠅果蠅2n=8，家蠶，家蠶2n=56，小麥，小麥2n=42，。在植物中染色體最少，。在植物中染色體最少的僅的僅2對染色體，最多的物種可達(dá)對染色體，最多的物種可達(dá)400-600對。在動物中染色對。在動物中染色體最少的是一種介殼蟲的雄蟲僅有兩條染色體，而另一極端是體最少的是一種介殼蟲的雄蟲僅有兩條染色體，而另一極端是一種灰蝶有一種灰蝶有217-223對染色體。對染色體。染色體染色體（chromosome）姊妹染色單體姊妹染色單體（sister chromatid）根據(jù)著

3、絲粒在染色體上的位置：根據(jù)著絲粒在染色體上的位置：中著絲粒染色體中著絲粒染色體（metacentric chromosome）近中著絲粒染色體近中著絲粒染色體（submetacentric chromosome）近端著絲粒染色體近端著絲粒染色體（arocentric chromosome）端著絲粒染色體端著絲粒染色體（telocentric chromosome）染色體的各部分名稱染色體的各部分名稱根據(jù)著絲粒位置進(jìn)行的染色體分類圖示根據(jù)著絲粒位置進(jìn)行的染色體分類圖示1 1、著絲粒與動粒（也稱著絲點(diǎn)、著絲粒與動粒（也稱著絲點(diǎn),kenetoche,kenetoche） 著絲粒和動粒（著絲點(diǎn)）是兩個(gè)

4、不同的概念，前者指中期染著絲粒和動粒（著絲點(diǎn)）是兩個(gè)不同的概念，前者指中期染色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位；后者指主縊痕處兩個(gè)染色色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位；后者指主縊痕處兩個(gè)染色單體外側(cè)表層部位的特殊結(jié)構(gòu)，它與仿錘絲微管相接觸。單體外側(cè)表層部位的特殊結(jié)構(gòu)，它與仿錘絲微管相接觸。 著絲粒含著絲粒含3個(gè)結(jié)構(gòu)域，即：動粒結(jié)構(gòu)域（個(gè)結(jié)構(gòu)域，即：動粒結(jié)構(gòu)域（kinetochore domain）、中央結(jié)構(gòu)域（）、中央結(jié)構(gòu)域（central domain）和配對結(jié)構(gòu)域）和配對結(jié)構(gòu)域（paring domain）。）。 動粒結(jié)構(gòu)域動粒結(jié)構(gòu)域位于著絲粒的表面，由外板（位于著絲粒的表面，由外板（outer

5、 plate）、）、內(nèi)板（內(nèi)板（inner plate）、中間區(qū)（）、中間區(qū)（interzone）和圍繞外層的纖維）和圍繞外層的纖維冠冠(fibrous corona)。內(nèi)外板的電子密度高，中間區(qū)電子密度。內(nèi)外板的電子密度高，中間區(qū)電子密度低。內(nèi)板與中央結(jié)構(gòu)域的著絲粒異染色質(zhì)結(jié)合，外板與微管纖低。內(nèi)板與中央結(jié)構(gòu)域的著絲粒異染色質(zhì)結(jié)合，外板與微管纖維結(jié)合，纖維冠上結(jié)合有馬達(dá)蛋白。維結(jié)合，纖維冠上結(jié)合有馬達(dá)蛋白。 中央結(jié)構(gòu)域中央結(jié)構(gòu)域位于著絲粒結(jié)構(gòu)域的下方位于著絲粒結(jié)構(gòu)域的下方, ,是著絲粒區(qū)的主體，是著絲粒區(qū)的主體，由高度串聯(lián)重復(fù)的由高度串聯(lián)重復(fù)的衛(wèi)星衛(wèi)星dna構(gòu)成，重復(fù)單位構(gòu)成，重復(fù)單位171

6、bp171bp，重復(fù)，重復(fù)2000-30002000-3000次，表現(xiàn)為異染色質(zhì)特性。次，表現(xiàn)為異染色質(zhì)特性。 配對結(jié)構(gòu)域配對結(jié)構(gòu)域位于著絲粒結(jié)構(gòu)的內(nèi)層，中期兩條染色單體在此位于著絲粒結(jié)構(gòu)的內(nèi)層，中期兩條染色單體在此處相互連結(jié)，在此區(qū)域發(fā)現(xiàn)有兩類蛋白，一類為內(nèi)著絲粒蛋白處相互連結(jié)，在此區(qū)域發(fā)現(xiàn)有兩類蛋白，一類為內(nèi)著絲粒蛋白incenp（inner centromere protein），另一類為染色單體），另一類為染色單體連接蛋白連接蛋白clip（chromatid linking protein）. 對著絲粒蛋白主要是使用對著絲粒蛋白主要是使用aca來研究的。來研究的。aca是從是從cres

7、t 綜合癥病人血清中分離出來的抗著絲粒蛋白的抗體綜合癥病人血清中分離出來的抗著絲粒蛋白的抗體(anticentromere antibodies)。用。用acas發(fā)現(xiàn)鑒定出來的發(fā)現(xiàn)鑒定出來的cenp主要有主要有6種，即：種，即：cenp-a至至f，它們都能與一個(gè)，它們都能與一個(gè)17bp的的dna模式特異結(jié)合，與細(xì)胞的分裂及調(diào)控密切相關(guān)，進(jìn)化上非模式特異結(jié)合，與細(xì)胞的分裂及調(diào)控密切相關(guān)，進(jìn)化上非常保守常保守。著絲粒結(jié)構(gòu)區(qū)域組織著絲粒結(jié)構(gòu)區(qū)域組織著絲粒的著絲粒的3個(gè)結(jié)構(gòu)域個(gè)結(jié)構(gòu)域著絲點(diǎn)結(jié)構(gòu)域著絲點(diǎn)結(jié)構(gòu)域熒光原位雜交顯示著絲粒衛(wèi)星熒光原位雜交顯示著絲粒衛(wèi)星dna2、主縊痕（主縊痕（primary c

8、onstriction） 中期染色體上一個(gè)染色較淺而縊縮的部位，主縊痕處有著絲中期染色體上一個(gè)染色較淺而縊縮的部位，主縊痕處有著絲粒，亦稱著絲粒區(qū)，由于這一區(qū)域染色線的螺旋化程序低，粒，亦稱著絲粒區(qū)，由于這一區(qū)域染色線的螺旋化程序低，dna含量少，所以染色很淺或不著色。一般動植物的染色體具含量少，所以染色很淺或不著色。一般動植物的染色體具有一個(gè)位置固定的著絲粒有一個(gè)位置固定的著絲粒(localized contromere)，有些生物整，有些生物整個(gè)染色體都具有著絲粒活性，稱為全著絲粒（個(gè)染色體都具有著絲粒活性，稱為全著絲粒（holocentromere）如：如蛔蟲、線蟲、蝶、蛾、蚜蟲等如：如

9、蛔蟲、線蟲、蝶、蛾、蚜蟲等。3、次縊痕（、次縊痕（secondary constriction） 除主縊痕外，染色體上第二個(gè)呈淺縊縮的部分稱次縊痕，次除主縊痕外，染色體上第二個(gè)呈淺縊縮的部分稱次縊痕，次縊痕的位置相對穩(wěn)定，數(shù)目、位置和大小是鑒定染色體個(gè)別性縊痕的位置相對穩(wěn)定，數(shù)目、位置和大小是鑒定染色體個(gè)別性的一個(gè)顯著特征。的一個(gè)顯著特征。4、核仁組織區(qū)（核仁組織區(qū)（nucleolar organizing regions, nors） 核糖體核糖體rna基因（基因（5srrna5srrna基因除外）所在的區(qū)域。核仁組基因除外）所在的區(qū)域。核仁組織區(qū)位于染色體的次縊痕區(qū)，但并非所有的次縊痕都是

10、織區(qū)位于染色體的次縊痕區(qū)，但并非所有的次縊痕都是nors。5、隨體（隨體（satellite） 指位于染色體末端的球形染色體節(jié)段，通過次縊痕區(qū)與染指位于染色體末端的球形染色體節(jié)段，通過次縊痕區(qū)與染色體主體部分相連。位于染色體末端的隨體稱為端隨體，位于色體主體部分相連。位于染色體末端的隨體稱為端隨體，位于兩個(gè)次縊痕中間的稱中間隨體。兩個(gè)次縊痕中間的稱中間隨體。6、端粒（端粒（telomere） 染色體端部的特化部分，作用是維持染色體的完整性和個(gè)染色體端部的特化部分，作用是維持染色體的完整性和個(gè)體性體性（用（用x射線將染色體打斷，不具端粒的染色體末端有粘性，會與其它射線將染色體打斷，不具端粒的染色

11、體末端有粘性，會與其它片段相連或兩端相連而成環(huán)狀）片段相連或兩端相連而成環(huán)狀）。端粒由高度重復(fù)的短序列串聯(lián)而。端粒由高度重復(fù)的短序列串聯(lián)而成，在進(jìn)化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似，哺乳成，在進(jìn)化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似，哺乳類的序列為類的序列為gggtta，500-3000次重復(fù)次重復(fù)。熒光原位雜交顯示端粒和端粒序列熒光原位雜交顯示端粒和端粒序列 二、染色體二、染色體dna的三種功能元件的三種功能元件 為確保染色體的復(fù)制和穩(wěn)定遺傳，染色體具有為確保染色體的復(fù)制和穩(wěn)定遺傳，染色體具有3個(gè)基本元素，個(gè)基本元素，即：即：自主復(fù)制序列自主復(fù)制序列(autonomously rep

12、licating dna sequence, ars)、著絲粒序列著絲粒序列(centromere dna sequence,cen) 和和端粒端粒序列序列(telomere dna sequence,tel) 。1、自主復(fù)制序列、自主復(fù)制序列( ars) 是是dna復(fù)制的起點(diǎn)，酵母基因組含復(fù)制的起點(diǎn)，酵母基因組含200-400個(gè)個(gè)ars，大多數(shù)，大多數(shù)具有具有一個(gè)一個(gè)11-14 bp，富含富含at的共有序列（的共有序列（ars consensus sequence, acs）。含有這一序列的質(zhì)粒能高效轉(zhuǎn)化宿主細(xì)胞，）。含有這一序列的質(zhì)粒能高效轉(zhuǎn)化宿主細(xì)胞，并能在細(xì)胞中獨(dú)立于宿主染色體存在。并

13、能在細(xì)胞中獨(dú)立于宿主染色體存在。2、著絲粒序列、著絲粒序列(cen) 不同來源的不同來源的cen的共同特點(diǎn)是具有兩個(gè)彼此相鄰的核心區(qū)，的共同特點(diǎn)是具有兩個(gè)彼此相鄰的核心區(qū)，一個(gè)是一個(gè)是80-90 bp的的at區(qū)，另一個(gè)是區(qū)，另一個(gè)是11 bp的保守區(qū)。的保守區(qū)。cen由大由大量串聯(lián)的重復(fù)序列組成，如量串聯(lián)的重復(fù)序列組成，如衛(wèi)星衛(wèi)星dna，其功能是參與形成著，其功能是參與形成著絲粒，使細(xì)胞分裂中染色體能夠準(zhǔn)確地分離絲粒，使細(xì)胞分裂中染色體能夠準(zhǔn)確地分離.3、端粒序列端粒序列(tel) 不同生物的端粒序列都很相似，由長不同生物的端粒序列都很相似，由長5-10 bp的重復(fù)單位串的重復(fù)單位串聯(lián)而成，人

14、的重復(fù)序列為聯(lián)而成，人的重復(fù)序列為gggtta。真核細(xì)胞染色體端粒的。真核細(xì)胞染色體端粒的重復(fù)序列不是染色體重復(fù)序列不是染色體dna復(fù)制時(shí)連續(xù)合成的，而是由端粒酶復(fù)制時(shí)連續(xù)合成的，而是由端粒酶（telomerase）合成后添加到染色體末端。端粒酶是一種核糖）合成后添加到染色體末端。端粒酶是一種核糖核蛋白復(fù)合物，具有逆轉(zhuǎn)錄酶的性質(zhì)，以物種專一的內(nèi)在核蛋白復(fù)合物，具有逆轉(zhuǎn)錄酶的性質(zhì)，以物種專一的內(nèi)在rna為模板，把合成為模板，把合成dna的添加到染色體的的添加到染色體的3端。端。端粒序列和端粒酶端粒序列和端粒酶 端粒起到細(xì)胞分裂計(jì)時(shí)器的作用，端粒核苷酸復(fù)制和基因端粒起到細(xì)胞分裂計(jì)時(shí)器的作用，端粒核

15、苷酸復(fù)制和基因dna不同，每復(fù)制一次減少不同，每復(fù)制一次減少50-100 bp，正常體細(xì)胞染色體缺，正常體細(xì)胞染色體缺乏端粒酶活性，故隨細(xì)胞分裂而變短，細(xì)胞隨之衰老。人的生乏端粒酶活性，故隨細(xì)胞分裂而變短，細(xì)胞隨之衰老。人的生殖細(xì)胞和部分干細(xì)胞染色體具有端粒酶活性，所以人的生殖細(xì)殖細(xì)胞和部分干細(xì)胞染色體具有端粒酶活性，所以人的生殖細(xì)胞染色體末端比體細(xì)胞染色體末端長幾千個(gè)胞染色體末端比體細(xì)胞染色體末端長幾千個(gè)bpbp。腫瘤細(xì)胞和永。腫瘤細(xì)胞和永生細(xì)胞系具有端粒酶的活性。生細(xì)胞系具有端粒酶的活性。 1983年，年，a. w. murray等人首次成功構(gòu)建了包括等人首次成功構(gòu)建了包括ars、cen、

16、tel和外源和外源dna，總長度為總長度為55kb的酵母人工染色體的酵母人工染色體(yeast artificial chromosome, yac)。yac可用于轉(zhuǎn)基因和可用于轉(zhuǎn)基因和構(gòu)建基因文庫，容納插入片段的能力遠(yuǎn)高于質(zhì)粒。構(gòu)建基因文庫，容納插入片段的能力遠(yuǎn)高于質(zhì)粒。染色體的三種基本序列染色體的三種基本序列三、核型與染色體顯帶三、核型與染色體顯帶 對人類到底有多少條染色體這樣的問題一直爭論到對人類到底有多少條染色體這樣的問題一直爭論到1956年才年才得以確認(rèn)，主要?dú)w功于得以確認(rèn)，主要?dú)w功于50年代以后逐步發(fā)展起來的低滲處理，年代以后逐步發(fā)展起來的低滲處理，壓片技術(shù)以及秋水仙處理和細(xì)胞培養(yǎng)

17、技術(shù)。二十世紀(jì)六十年代壓片技術(shù)以及秋水仙處理和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。二十世紀(jì)六十年代末至七十年代發(fā)展起來的各種染色體分帶技術(shù)，使染色體的研末至七十年代發(fā)展起來的各種染色體分帶技術(shù)，使染色體的研究進(jìn)入了一個(gè)黃金時(shí)代。為人類遺傳病的鑒定，物種的親緣關(guān)究進(jìn)入了一個(gè)黃金時(shí)代。為人類遺傳病的鑒定，物種的親緣關(guān)系與進(jìn)化研究、遺傳育種等方面提供了重要的依據(jù)。系與進(jìn)化研究、遺傳育種等方面提供了重要的依據(jù)。核型（核型（karyotype） 是細(xì)胞分裂中期染色體的表型，包括染色體的數(shù)目、大小和是細(xì)胞分裂中期染色體的表型，包括染色體的數(shù)目、大小和形態(tài)特征等方面。如果將成對的染色體按形狀、大小依順序排形態(tài)特征等方面。如果將成

18、對的染色體按形狀、大小依順序排列起來叫核型圖列起來叫核型圖(karyogram)，而染色體組型（，而染色體組型（idiogram）通通常指核型的模式圖，代表一個(gè)物種染色體的模式特征。核型分常指核型的模式圖，代表一個(gè)物種染色體的模式特征。核型分析對于探討人類遺傳病的機(jī)制、物種親緣關(guān)系與進(jìn)化、遠(yuǎn)源雜析對于探討人類遺傳病的機(jī)制、物種親緣關(guān)系與進(jìn)化、遠(yuǎn)源雜種的鑒定等具有重要意義。種的鑒定等具有重要意義。一種蟬的有絲分裂核型一種蟬的有絲分裂核型染色體顯帶技術(shù)：染色體顯帶技術(shù)： 是經(jīng)物理、化學(xué)因素處理后，再用染料對染色體進(jìn)行分化是經(jīng)物理、化學(xué)因素處理后，再用染料對染色體進(jìn)行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同

19、帶紋（染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋（band）的方法，于）的方法，于19681968年由瑞典人年由瑞典人caspersoncasperson首先建立。顯帶技術(shù)可分為兩大類，首先建立。顯帶技術(shù)可分為兩大類，一類是產(chǎn)生的染色帶分布在整個(gè)染色體的長度上，如：一類是產(chǎn)生的染色帶分布在整個(gè)染色體的長度上，如：g、q和和r帶，另一類是局部性的顯帶，它只能使少數(shù)特定的區(qū)域帶，另一類是局部性的顯帶，它只能使少數(shù)特定的區(qū)域顯帶，如顯帶，如c、cd、t和和n帶。帶。q q帶：帶：喹丫因染色后，紫外照射下的明暗帶（富含喹丫因染色后，紫外照射下的明暗帶（富含atat的明帶，富含的明帶，富含gcgc的暗的暗帶）；帶

20、）；g g帶：帶：giemsagiemsa染料染色后所呈現(xiàn)的染色體區(qū)帶；染料染色后所呈現(xiàn)的染色體區(qū)帶；r r帶：帶：是中期染色是中期染色體經(jīng)堿性磷酸鹽處理，丫啶橙或體經(jīng)堿性磷酸鹽處理，丫啶橙或giemsagiemsa染色后所呈現(xiàn)的帶型，一般與染色后所呈現(xiàn)的帶型，一般與g g帶帶正好相反；正好相反；c c帶：帶：顯示著絲粒結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)及它染色體區(qū)段的異染色質(zhì)。顯示著絲粒結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)及它染色體區(qū)段的異染色質(zhì)。t t帶：帶：是染色體端粒部位經(jīng)丫啶橙染色后呈現(xiàn)的區(qū)帶；是染色體端粒部位經(jīng)丫啶橙染色后呈現(xiàn)的區(qū)帶；n n帶：帶：ag-asag-as染色，染色，主要染核仁組織者區(qū)域的酸性蛋白。主要染核仁組織者

21、區(qū)域的酸性蛋白。19751975年建立了染色體高分辨顯帶技術(shù)。年建立了染色體高分辨顯帶技術(shù)。染色體微切割和分子克隆技術(shù)。染色體微切割和分子克隆技術(shù)。正常男人染色體顯帶核型正常男人染色體顯帶核型人類人類g帶核型帶核型（顯示染色體上富含（顯示染色體上富含at的序列）的序列）人類人類q核型核型（q帶與帶與g帶相似）帶相似）人類帶人類帶c核型核型（顯示著絲粒異染色質(zhì)）（顯示著絲粒異染色質(zhì)）人類染色體組型和帶型人類染色體組型和帶型 四、巨大染色體四、巨大染色體1多線染色體（多線染色體（polytenepolytene chromosome chromosome） 1881年意大利的年意大利的balbia

22、ni發(fā)現(xiàn)雙翅目搖蚊幼蟲的唾腺細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)雙翅目搖蚊幼蟲的唾腺細(xì)胞的具有如下特點(diǎn)：具有如下特點(diǎn)：體積巨大體積巨大，染色體比其它體細(xì)胞染色體長，染色體比其它體細(xì)胞染色體長100-200倍，體積大倍，體積大1000-2000倍。倍。多線性多線性，每條多線染色體，每條多線染色體由由500-4000條解旋的染色體合并在一起形成。條解旋的染色體合并在一起形成。體細(xì)胞聯(lián)會體細(xì)胞聯(lián)會，同源染色體緊密配對，并合并成一個(gè)染色體。同源染色體緊密配對，并合并成一個(gè)染色體。橫帶紋橫帶紋，染色，染色后呈現(xiàn)出明暗相間的帶紋。后呈現(xiàn)出明暗相間的帶紋。膨突和環(huán)膨突和環(huán)，在幼蟲發(fā)育的某個(gè)階，在幼蟲發(fā)育的某個(gè)階段，多線染色體的某些帶區(qū)疏松膨大，形成膨突（段，多線染色體的某些帶區(qū)疏松膨大，形成膨突（puff），或），或巴氏環(huán)（巴氏環(huán)（balbiani ring）。用）。用h3-tdr處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)膨突被標(biāo)處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)膨突被標(biāo)記，說明膨突是基因活躍轉(zhuǎn)錄的形態(tài)學(xué)標(biāo)志。記，說明膨