第八章 細(xì)胞核和染色體課件

第三節(jié)染色體一、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(duì)穩(wěn)定的，性細(xì)胞染色體為單倍體（haploid），體細(xì)胞為2倍體（diploid），還有一些物種的染色體成倍增加成為4n、6n、8n等，稱為多倍體。同一個(gè)體的體細(xì)胞并非都是2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2n、4n、8n、16n、32n、64n、128n等不同倍性。染色體的數(shù)目因物種而異，如人類2n=46，黑猩猩2n=48，果蠅2n=8，家蠶2n=56，小麥2n=42，。在植物中染色體最少的僅2對(duì)染色體，最多的物種可達(dá)400-600對(duì)。在動(dòng)物中染色體最少的是一種介殼蟲的雄蟲僅有兩條染色體，而另一極端是一種灰蝶有217-223對(duì)染色體。第八章細(xì)胞核和染色體3染色體（Chromosome）姊妹染色單體（Sisterchromatid）根據(jù)著絲粒在染色體上的位置：中著絲粒染色體（Metacentricchromosome）近中著絲粒染色體（Submetacentricchromosome）近端著絲粒染色體（Arocentricchromosome）端著絲粒染色體（Telocentricchromosome）染色體的各部分名稱第八章細(xì)胞核和染色體3根據(jù)著絲粒位置進(jìn)行的染色體分類圖示第八章細(xì)胞核和染色體31、著絲粒與動(dòng)粒（也稱著絲點(diǎn),kenetoche）著絲粒和動(dòng)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3個(gè)結(jié)構(gòu)域，即：動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域（kinetochoredomain）、中央結(jié)構(gòu)域（centraldomain）和配對(duì)結(jié)構(gòu)域（paringdomain）。

動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域位于著絲粒的表面，由外板（outerplate）、內(nèi)板（innerplate）、中間區(qū)（interzone）和圍繞外層的纖維冠(fibrouscorona)。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，外板與微管纖維結(jié)合，纖維冠上結(jié)合有馬達(dá)蛋白。。第八章細(xì)胞核和染色體3

中央結(jié)構(gòu)域位于著絲粒結(jié)構(gòu)域的下方,是著絲粒區(qū)的主體，由高度串聯(lián)重復(fù)的α衛(wèi)星DNA構(gòu)成，重復(fù)單位171bp，重復(fù)2000-3000次，表現(xiàn)為異染色質(zhì)特性。

配對(duì)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（innercentromereprotein），另一類為染色單體連接蛋白CLIP（chromatidlinkingprotein）.

對(duì)著絲粒蛋白主要是使用ACA來研究的。ACA是從CREST綜合癥病人血清中分離出來的抗著絲粒蛋白的抗體(anticentromereantibodies)。用ACAs發(fā)現(xiàn)鑒定出來的CENP主要有6種，即：CENP-A至F，它們都能與一個(gè)17bp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)化上非常保守。第八章細(xì)胞核和染色體3第八章細(xì)胞核和染色體3著絲粒結(jié)構(gòu)區(qū)域組織第八章細(xì)胞核和染色體3著絲粒的3個(gè)結(jié)構(gòu)域第八章細(xì)胞核和染色體3著絲點(diǎn)結(jié)構(gòu)域第八章細(xì)胞核和染色體3熒光原位雜交顯示著絲粒衛(wèi)星DNA第八章細(xì)胞核和染色體32、主縊痕（primaryconstriction）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，DNA含量少，所以染色很淺或不著色。一般動(dòng)植物的染色體具有一個(gè)位置固定的著絲粒(localizedcontromere)，有些生物整個(gè)染色體都具有著絲?；钚?，稱為全著絲粒（holocentromere）如：如蛔蟲、線蟲、蝶、蛾、蚜蟲等。3、次縊痕（secondaryconstriction）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(duì)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。4、核仁組織區(qū)（nucleolarorganizingregions,NORs）核糖體RNA基因（5SrRNA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NORs。第八章細(xì)胞核和染色體35、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。6、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)體性（用X射線將染色體打斷，不具端粒的染色體末端有粘性，會(huì)與其它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GGGTTA，500-3000次重復(fù)。第八章細(xì)胞核和染色體3熒光原位雜交顯示端粒和端粒序列第八章細(xì)胞核和染色體3

二、染色體DNA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3個(gè)基本元素，即：自主復(fù)制序列(autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS)、著絲粒序列(centromereDNAsequence,CEN)和端粒序列(telomereDNAsequence,TEL)。1、自主復(fù)制序列(ARS)

是DNA復(fù)制的起點(diǎn)，酵母基因組含200-400個(gè)ARS，大多數(shù)具有一個(gè)11-14bp，富含AT的共有序列（ARSconsensussequence,ACS）。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。第八章細(xì)胞核和染色體32、著絲粒序列(CEN)

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)，一個(gè)是80-90bp的AT區(qū)，另一個(gè)是11bp的保守區(qū)。CEN由大量串聯(lián)的重復(fù)序列組成，如α衛(wèi)星DNA，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.3、端粒序列(TEL)

不同生物的端粒序列都很相似，由長5-10bp的重復(fù)單位串聯(lián)而成，人的重復(fù)序列為GGGTTA。真核細(xì)胞染色體端粒的重復(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（telomerase）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RNA為模板，把合成DNA的添加到染色體的3‘端。第八章細(xì)胞核和染色體3端粒序列和端粒酶第八章細(xì)胞核和染色體3

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DNA不同，每復(fù)制一次減少50-100bp，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)bp。腫瘤細(xì)胞和永生細(xì)胞系具有端粒酶的活性。

1983年，A.W.Murray等人首次成功構(gòu)建了包括ARS、CEN、TEL和外源DNA，總長度為55kb的酵母人工染色體(yeastartificialchromosome,YAC)。YAC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。第八章細(xì)胞核和染色體3染色體的三種基本序列第八章細(xì)胞核和染色體3三、核型與染色體顯帶對(duì)人類到底有多少條染色體這樣的問題一直爭(zhēng)論到1956年才得以確認(rèn)，主要?dú)w功于50年代以后逐步發(fā)展起來的低滲處理，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)。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、大小和形態(tài)特征等方面。如果將成對(duì)的染色體按形狀、大小依順序排列起來叫核型圖(karyogram)，而染色體組型（idiogram）通常指核型的模式圖，代表一個(gè)物種染色體的模式特征。核型分析對(duì)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。第八章細(xì)胞核和染色體3一種蟬的有絲分裂核型第八章細(xì)胞核和染色體3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(duì)染色體進(jìn)行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋（band）的方法，于1968年由瑞典人Casperson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：G、Q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)域顯帶，如C、Cd、T和N帶。Q帶：喹丫因染色后，紫外照射下的明暗帶（富含AT的明帶，富含GC的暗帶）；G帶：Giemsa染料染色后所呈現(xiàn)的染色體區(qū)帶；R帶：是中期染色體經(jīng)堿性磷酸鹽處理，丫啶橙或Giemsa染色后所呈現(xiàn)的帶型，一般與G帶正好相反；C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)。T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帶：Ag-As染色，主要染核仁組織者區(qū)域的酸性蛋白。1975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)。第八章細(xì)胞核和染色體3正常男人染色體顯帶核型第八章細(xì)胞核和染色體3人類G帶核型（顯示染色體上富含AT的序列）第八章細(xì)胞核和染色體3人類Q核型（Q帶與G帶相似）第八章細(xì)胞核和染色體3人類帶C核型（顯示著絲粒異染色質(zhì)）第八章細(xì)胞核和染色體3人類染色體組型和帶型第八章細(xì)胞核和染色體3

四、巨大染色體1．多線染色體（polytenechromosome）

1881年意大利的Balbiani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)：①體積巨大，染色體比其它體細(xì)胞染色體長100-200倍，體積大1000-2000倍。②多線性，每條多線染色體由500-4000條解旋的染色體合并在一起形成。③體細(xì)胞聯(lián)會(huì)，同源染色體緊密配對(duì)，并合并成一個(gè)染色體。④橫帶紋，染色后呈現(xiàn)出明暗相間的帶紋。⑤膨突和環(huán)，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（puff），或巴氏環(huán)（Balbianiring）。用H3-TdR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。多線染色體是由于核內(nèi)有絲分裂的結(jié)果，即染色體多次復(fù)制而不分離的結(jié)果。第八章細(xì)胞核和染色體3果蠅的多腺染色體第八章細(xì)胞核和染色體3多線染色體帶和脹泡形成示意圖第八章細(xì)胞核和染色體32．燈刷染色體（lamp-brushchromosome）

1882年Flemming首次報(bào)道，這種染色體最早發(fā)現(xiàn)于魚類、兩棲類和爬行類卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的雙線期。由于染色體主軸兩側(cè)有側(cè)環(huán)，狀如燈刷，故名燈刷染色體。由兩條同源染色體組成，在交叉