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细胞核型

根据染色体形态结构特征或演化关系,分类整理而成的染色体组的图像或由此绘制成的标准模式图,简称核型。简史苏联学者德洛涅(L.M.Delaunay)和列维茨基(G.A.Lewitsky)在20世纪20~30年代研究百合科(Muscari)植物风信子和毛茛科(Helleborus)植物芍药的核型时,首先提出核型一词。从早期的研究起,核型分析就与生物的演化相联系。

根据染色体形态结构特征或演化关系,分类整理而成的染色体组的图像或由此绘制成的标准模式图,简称核型。

简史

苏联学者德洛涅(L.M.Delaunay)和列维茨基(G.A.Lewitsky)在20世纪20~30年代研究百合科(Muscari)植物风信子和毛茛科(Helleborus)植物芍药的核型时,首先提出核型一词。从早期的研究起,核型分析就与生物的演化相联系。传统用以核型分析的染色体形态结构特征,主要是染色体长度、着丝粒位置、次缢痕、随体、异染色质化程度及分布等。1968年瑞典学者卡斯珀逊(T.Caspersson)发明染色体荧光显带技术,促进了核型分析的发展,由染色体基本形态特征,进而与染色体带型分析相结合,使形态结构难以分辨的染色体借助分带可以加以区分,从而提高核型分析的精确度。

研究方法

核型分析的材料取自分裂旺盛的细胞,例如,动物胚胎组织细胞,睾丸精原细胞,植物的根尖和茎生长点细胞等。选用有丝分裂中期的染色体,测定各染色体的长度(微米)或相对长(%),着丝粒位置及染色体两臂长的比例(臂比),鉴别随体染色体及次缢痕等,显微照相及依此绘制染色体组形态特征模式图。60年代末,核型分析进入一个新纪元。T.卡斯珀逊应用吖啶染料芥子奎吖因染色,使有丝分裂中期染色体显示明亮的荧光带纹,称为Q带。Q带能显示染色体中腺嘌呤胸腺嘧啶丰富的部位,因此,Q带技术不仅可显示染色体的形态特征,且有助于分析染色体纵长分化的生化基础。随后,帕杜(M.L.Pardue)和高尔(J.C.Gall)1970年提出吉姆萨C-带技术。采用NaOH溶液对染色体作变性处理,保温在60℃的标准柠檬酸盐溶液(SSC)中,然后用稀释的中性吉姆萨(Giemsa)染色,染色体中含结构异染色质的部位(如着丝粒区)显示出特异的黑色带纹。故C带技术成为鉴别异染色质分布的有效手段。在动物和人类核型分析中广泛应用G-带技术,染色体经胰酶处理后,用吉姆萨染色显示的带纹。人体细胞有丝分裂晚前期和早中期的染色体,已可显出1250条以上的不同的G带纹,使绘制精细的染色体图和研究染色体结构的多型性成为可能。但此技术应用在植物中,迄今效果欠佳。船木等(K.Funaki et al.),1975年提出的N-带技术可用于稻麦类植物的核型分析(见图)。N-带是染色体经NaH2PO4在96±1℃中处理后,用稀吉姆萨液染色,主要在核仁形成区和着丝粒区显出的特有带纹。随着显带技术的改进和带纹的增加,研究由电子计算机控制,对染色体进行自动图像识别,使染色体特征和带形相同的染色体准确匹配和快速检测,成为核型分析的一个新研究领域。

大麦核型及吉姆萨N-带

意义

核型分析有助于探明染色体组的演化和生物种属间的亲缘关系。20世纪30年代,G.A.列维茨基提出高等显花植物的进化主要趋向于核型非对称性的观念,认为在进化过程中,端位或近端位着丝的染色体比例增高,染色体大小差别悬殊,因而表现不对称。随后进行了有关核型演化的大量研究,发现核型趋向于非对称性并非生物进化的唯一方式,也有由非对称变为对称的,在动物中不乏此例。例如,鞘翅目的昆虫盔唇瓢虫,软体动物的贝类和哺乳动物中的灵长类。核型对称和非对称的变化可由于染色体臂间倒位、非对等易位和染色质丢失以及端位着丝的染色体在着丝粒处融合造成。显带分析表明,灵长类动物的大猩猩,黑猩猩和巨猿的核型与人类的核型十分相似。人类有22对常染色体和一对性染色体,上述灵长类动物则有23对常染色体和一对性染色体;其中人类的第2染色体的G带与灵长类第12、13端着丝染色体在着丝粒处融合后的带型相当;融合后成为中间着丝染色体染色体数也随之减少。有些染色体似仅存在一段臂间倒位的差别,例如人与黑猩猩的第4染色体的带型差别。

形态与特征难以分辨的染色体,通过显带可能加以区别,因此带型分析对于遗传研究与人类染色体疾病的临床诊断非常需要。例如,人的邓恩综合征表现体矮、张口伸舌、手掌粗短、智力迟钝、寿命缩短等症状,原认为是第21对染色体多一条额外同源染色体即三体-21所引起,显带分析判明是第22染色体成为三体,受其长臂第21带的有害影响。目前植物的带型还不丰富,染色体的准确鉴别尚有困难,有待于深入研究。