染色體帶型在昆蟲系統(tǒng)學(xué)研究中的應(yīng)用

染色體帶型在昆蟲系統(tǒng)學(xué)研究中的應(yīng)用第1頁/共20頁1染色體顯帶技術(shù)所謂染色體顯帶技術(shù)是借助于特殊的操作處理，使染色體顯現(xiàn)具有穩(wěn)定數(shù)目和部位、著色深淺不同的染色帶，進(jìn)而鑒定研究染色體的方法。該技術(shù)最早出現(xiàn)于1968年，先驅(qū)者是Caspersson，自20世紀(jì)70年代以后得到廣泛應(yīng)用。

原理：細(xì)胞中期染色體易于分離并展開，進(jìn)行顯微鏡分析。許多特殊的染料將中期染色體識別為均質(zhì)的結(jié)構(gòu)，然而某些染色方法能產(chǎn)生具有種屬特異橫紋的差示染色帶，并且這些顯帶圖型在發(fā)育過程中以及不同組織的細(xì)胞間是恒定的。第2頁/共20頁Q帶技術(shù)即喹吖因熒光染色體技術(shù)，顯示中期染色體經(jīng)氮芥喹吖因或雙鹽酸喹吖因染色以后，在紫外線照射下呈現(xiàn)出熒光亮帶和暗帶。一般富含AT堿基的DNA區(qū)段表現(xiàn)為亮帶，富含GC堿基的DNA區(qū)段表現(xiàn)為暗帶。第3頁/共20頁G帶即Giemsa，將中期染色體制片經(jīng)胰酶或堿、熱、尿素、去污劑等處理后再用Giemsa染料染色后所呈現(xiàn)的染色體區(qū)帶。一般來說，G帶和Q帶相符，但也有例外，如Q帶顯示的人Y染色體的特異熒光，在G帶帶型上并不出現(xiàn)。R帶是指中期染色體經(jīng)磷酸鹽緩沖液保溫處理，以吖啶橙或Giemsa染色后所顯示的帶型，和G帶明暗相間帶型正好相反，所以又稱反帶。第4頁/共20頁C帶是將染色體先進(jìn)行一系列的酸堿處理,再用熱標(biāo)準(zhǔn)枸櫞酸溶液溫育,最后經(jīng)吉姆薩染色所呈現(xiàn)的區(qū)帶。主要顯示著絲粒結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)，及其他染色體區(qū)段的異染色質(zhì)部分。T帶又稱末端帶，是染色體端粒部分經(jīng)吖啶橙染色后所呈現(xiàn)的區(qū)帶，在分析染色體末端結(jié)構(gòu)畸變時(shí)有用。N帶又稱Ag-As染色法，主要用于染核仁組織者區(qū)的酸性蛋白質(zhì)。第5頁/共20頁2染色體顯帶技術(shù)在植物研究中的應(yīng)用

自從細(xì)胞核型分析應(yīng)用于植物研究以來，利用染色體形態(tài)學(xué)證據(jù)，有力地促進(jìn)了系統(tǒng)與進(jìn)化植物學(xué)研究的深入和發(fā)展，尤其是在科間、屬間及種間的分類中發(fā)揮了重要作用。染色體顯帶技術(shù)的出現(xiàn)并應(yīng)用于植物研究后，則在種下等級分類、物種變異和分化及形成等方面,獲得了一些令人滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第6頁/共20頁屬及屬下等級的分類處理種下變異和物種分化的研究顯帶技術(shù)研究多倍體起源研究不同地理分布的遺傳和形態(tài)變異第7頁/共20頁3染色體顯帶技術(shù)在昆蟲分類系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前有關(guān)昆蟲染色體分帶的研究包括對一科內(nèi)數(shù)屬及一屬內(nèi)數(shù)種的比較,以顯示其屬、種內(nèi)分類階元的異同；對一較高分類階元內(nèi)不同種或亞種進(jìn)行比較分析,以顯示其種階元的差異；有對種群特別是對雜交后代的種群的分析,以確立昆蟲的分類地位及親緣關(guān)系。統(tǒng)計(jì)國內(nèi)外有關(guān)昆蟲染色體分帶的資料表明,幾乎各種染色分帶技術(shù)在昆蟲中均有研究,但相對研究較多的是C-帶、G-帶、銀染等方面。第8頁/共20頁

在動物演化研究中,染色體顯帶技術(shù)應(yīng)用廣泛,在揭示科內(nèi)細(xì)胞遺傳學(xué)機(jī)制多樣性、不同分類階元間的親緣關(guān)系上發(fā)揮了重要作用。賈蕭凌等對斑翅蝗科的6個(gè)屬的C帶帶型進(jìn)行分析,得出斑翅蝗科的6個(gè)屬間的親緣關(guān)系:飛蝗屬與車蝗屬較近,尖翅蝗屬、綠紋蝗屬與小車蝗屬較近,紅翅皺膝蝗與上述5個(gè)屬的親緣關(guān)系相對較遠(yuǎn)些,從細(xì)胞分類學(xué)的角度證明了這種亞科分類的合理性。第9頁/共20頁4以蝗蟲為例說明染色體帶型的應(yīng)用4.1材料:小蹦蝗屬2種:峨眉小蹦蝗Pedopodismaemeiensis和秦嶺小蹦蝗P.tsinlingensis；無翅蝗屬2種:小無翅蝗Zubovskiaparvula和柯氏無翅蝗Z.koeppeni4.2方法:C顯帶技術(shù);銀染色法4.3結(jié)果第10頁/共20頁

4種斑腿蝗科昆蟲有絲分裂中期染色體C帶核型第11頁/共20頁斑腿蝗科4種類染色體帶型的比較第12頁/共20頁4.4結(jié)論作者所研究的4種蝗蟲分隸兩屬，即小蹦蝗屬及無翅蝗屬。從屬內(nèi)種間C帶核型比較來看，其差異是較為明顯的，如秦嶺小蹦蝗染色體帶型結(jié)構(gòu)較為簡單，異染色質(zhì)總含量（THC）值明顯較低，帶紋數(shù)目較少；而峨眉小蹦蝗則具有異常復(fù)雜的帶紋結(jié)構(gòu)，帶紋數(shù)目多，存在大量端帶及居間帶，THC值明顯偏高。小無翅蝗與柯氏無翅蝗的主要區(qū)別也表現(xiàn)在個(gè)別染色體上附加帶紋的存在與否以及THC值含量差異等方面。第13頁/共20頁

盡管屬內(nèi)種間染色體指標(biāo)方面存在明顯差異可資辨別,但通過分析比較,我們?nèi)钥梢詮闹锌闯鰧俚墓残?。例如屬?nèi)染色體數(shù)目一致,染色體分組型式相似,此外,從染色體帶型結(jié)構(gòu)來看,小蹦蝗屬兩種第8號染色體均具有端帶,銀染核仁組成區(qū)（NOR）定位于該染色體端部區(qū)域,而無翅蝗屬兩種X染色體均具有端帶,其NOR定位點(diǎn)也位于X染色體端部區(qū)域。第14頁/共20頁4.5討論C帶顯示染色體上的結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)區(qū)域。近年來，人們利用分子生物學(xué)研究手段證實(shí)C帶主要是AT與GC高度重復(fù)序列，包括衛(wèi)星DNA序列。從遺傳學(xué)角度來看，C帶顯示的結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)在遺傳上具有相對恒定性，但與銀染核仁組成區(qū)定位，即Ag帶相比，C帶的進(jìn)化速率又較快、往往在相近種間C帶異染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)及組成具有差異。在我們以往對斑腿蝗科種類的研究中發(fā)現(xiàn)種級水平C帶差異往往表現(xiàn)在端帶、居間帶的有無、個(gè)別染色體上著絲粒帶的大小強(qiáng)弱以及結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)含量等方面，對小蹦蝗屬、無翅蝗屬的比較也進(jìn)一步說明了這一點(diǎn)。第15頁/共20頁Ag帶顯示核仁組成區(qū)位點(diǎn)，從原理上來講，該區(qū)域富含18S+28SrDNA，其轉(zhuǎn)錄酸性蛋白，而酸性蛋白又與染料中的Ag離子特異性地結(jié)合而著色，NOR位于哪對染色體上，其活性大小都是在漫長進(jìn)化歷程中形成的,與C帶相比，Ag帶顯示的NOR具有相對較慢的進(jìn)化速率，具有較大的保守性。作者的研究結(jié)果顯示小蹦蝗屬NOR定位于第8號染色體端部區(qū)域，無翅蝗屬則位于X染色體端部，具有恒定特點(diǎn)。結(jié)合前人工作及作者以往的研究結(jié)果進(jìn)一步說明在斑腿蝗科中NOR定位可用來區(qū)分屬級分類單元，并有助于揭示一個(gè)大分類單元中的種系發(fā)生關(guān)系。第16頁/共20頁5.討論與展望

單純依靠某一方法、技術(shù)是不夠的,應(yīng)盡可能利用不同研究手段,吸收盡可能多的研究結(jié)果和信息,如結(jié)合各個(gè)種、屬的地理分布、形態(tài)學(xué)變異模式、細(xì)胞學(xué)資料以及分子水平的研究結(jié)果。通過這些資料的綜合分析,才能揭示物種間的親緣關(guān)系,建立一個(gè)更為接近于自然演化途徑的系統(tǒng)模式。第17頁/共20頁

隨著染色體研究在理論和技術(shù)上的發(fā)展,特別是人類染色體分析方法和技術(shù)在其他