遗传学实验之——染色体组型分析

思考题
请描述核型：
– – 45，XY, der (14;21) (q21;q14) 47，XY, +21
遗传及分子生物学实验新技术新方法系列讲座 ）技 生命科学中的“钓鱼” 生命科学中的“钓鱼” （FISH）
术
发展历史
荧光原位杂交技术(fluorescence in situ Hybridization,FISH)问世于70年代后期, 其曾多用于染色 体异常的研究,近年来随 着FISH所应用的探针种类的不断增多,特 别是全COSMID探针及染色体原位抑制 杂交技 术的出现,使FISH技术不仅在细 胞遗传学方面,而且还广泛应用于肿瘤学 研究,如诊断、基因定位等
FISH具有其不可比拟的优点：
1.操作简便，探针标记后稳定，一次标记 后可使用二年。 2.方法敏感，能迅速得到结果。 3.在同一标本上，可同时几种不同探针。 4.不仅可用于分裂细胞染色体数量或结构 变化的研究，而且还可用于静止期细胞 的染色体数量及基因改变的研究。
FISH的技术特点 的技术特点： 的技术特点
染 色 体 超 螺 旋
染 色 体 的 大 小
灯刷染色体（光镜观察）
染色体观察及核型分析
应用意义
染色体组型分析——染色体水平上的表型 可确定物种的特征，确定种属亲缘关系 分析生物物种的变异和进化过程 识别单条染色体、基因定位 临床应用（染色体疾病、产前诊断）
人类23对染色体 人类 对染色体
染色体制片技术
骨髓细胞和外周血细胞制片技术
– 直接制片法：直接取骨髓细胞经空气干燥法 制片 – 外周血淋巴细胞制片：
• 快速法 先注射秋水仙素-低渗-固定-干燥 • 培养法 取血加植物凝血素培养
植物细胞染色体制片技术
前处理-酶解去壁-低渗-固定-解离-染色-压片
FISH的临床运用
白血病检测中常用的FISH探针有单一序 列探针, 着丝粒探针, 整条染色体探针, 常 用方法有单标记FISH, 双 标记FISH, 比 较基因组杂交(CGH), M-FISH 和RxFISH等.各种FISH探针及方法均在白血 病的诊断, 治疗监测, 预后估计和微小残 留病检测中起重要作用
核型描述
首先列出染色体总数，然后是性染色体组成， 接着列出异常的染色体数目或形态。下列统一 的命名符号：
– – – – – – – – – A-G 染色体组的名称 1-22 染色体编号 X,Y 性染色体 del 缺失 der 结构重排的染色体 dup 重复 inv 倒位 t 易位 +/在染色体符号前表示染色体增加或减少，在 染色体符号后表示染色体多出或缺少一部分
FISH技术和RFLP结合，可以精确地描 述原属于染色本长短臂等结构改变和染 色体核形或复杂片段的性质。 FISH和细胞免疫化学技术结合，可以同 FISH 时用多种颜色反应不同的核苷酸链和蛋 白质，这样可以在单个细胞内同时找到 基因的位点。转录和翻译和产物，有助 了解核苷酸结构功能以及表达产物之间 关系的研究。
实验用品
毫米尺、剪刀、胶水、计算器、白纸 人染色体放大照片
染色体编号(人X染色体)
记述一特定带时，需 要写明4个内容：染 色体号，长短臂，区 的号序和带的号序。 这些内容按顺序写， 不用间隔或加标点。 如果某一带被再细分， 在原带号数后加一小 数点，编号原则仍按 从着丝粒往臂端序贯 编号。如1p31.2代表 一号染色体短臂3区1 带第2亚带
FISH的基本原理
很简单, 就是标记了荧光的单链DNA(探 针)和与其互补的DNA(玻片上的标本)退 火杂交, 通过观察荧光信号在染色体上的 位置来反映相应基因的情况.
荧光原位杂交（FISH）
FISH技术是常规染色体分析的辅助手段。 它是用荧光素标记特异探针，与染色体 做杂交后，根据特异的荧光信号来判断 结果。 它可用于标记染色体的识别、特异融合 基因的检测、新基因定位，用全染色体 涂抹探针识别复杂的染色体结构异常。
FISH的临床运用
在细胞遗传学检查中，重复序列的探针 应用最多，它们是α卫星DNA、β卫星 DNA和经典卫星DNA探针。
– α卫星DNA探针主要检测人染色体的着丝粒。 – β卫星DNA位于顶端着丝粒染色体及染色体 的异染色质 周围。 – 经典卫星DNA有着AATGG短片段，位于染 色体1、9、15、16和Y染色体长臂异染色质 周围，后两处探针除了可用于染色体数目检 查外，还可用于上述部位精细改变的检查。
探针标记
在已知探针DNA结构及序列情况下可采 用PCR或RNA逆转录法标探针。通常用 Biotin标记的探针应大于100bp，较小的 探针可采用PCR技术来标记。 近年来，VYSIS公司成功的生 产了大片 段的DNA探针（100─400kb）。由于探针 较长，故可将荧光物质直接标记在核苷 酸上，这不仅使杂交过程进一步简化面 且杂交信号增强。
多色荧光染色体显带（Rx-FISH）
能否让每条区带也杂交上不同的颜色呢? 这一想法导 致了彩色核型分析(Rx-FISH) 的诞生. Rx-FISH技术是采用多种荧光素标记与 人类DNA有高度同原性猿的DNA作为探 针，杂交后使人类的24条染色体上呈现 特异的带型。这样便可根据彩色的荧光 条带进行核型分析。
多色荧光原位杂交（M-FISH）
M-FISH相当于在 一次杂交中给每一条染色体 都涂上了不同的颜色, 因而很容易就可看到多 条染色体间的复杂易位情况和确定标志染 色 体的来源. M-FISH是1996年才建立的一种新技术。使用5 种荧光染料按比例标记探针，杂交后形成24 条染色体上24种特异的荧光色彩以供核型分 析。它为人们提供了既丰富又完善的细胞遗 传学信息，包括确定标记染色体的来源、检 测微小的染色体易位和检测复杂的染色体易 位。
FISH选用的标本可以是分裂期细胞染色 体也可以是间期细胞。间期细胞可以是 冰冻切片，也可以是细胞滴片或印片。 生物素（Biotin）地高辛（digoxigenin ）, dinitrophenyl(DNP)，aminoacetyl fluorene(AAF)均可用于探针标记。
直接标记和间接标记
用生物素或地高辛标记称为间接标记, 杂交后 需要通过免疫荧光抗体检测方能看到荧光信号, 因而 步骤较多, 操作麻烦, 其优点是在信号较 弱或较小时可经抗原抗体反应扩大 直接用荧光素标记DNA的方法称为直接标记. 由于直接标记的探针杂交后可马上观察到荧光 信号, 省去了烦琐的免疫荧光反应, 不再需要购 买荧光抗 体, 也由于近年来荧光素的亮度和抗 淬灭性的不断改进和提高, 直接标记的荧光探 针越来越成为首选, 并采用多种不同颜色的荧 光, 方便在同一标本上同时检测多种异常. 其荧 光强度 和信号大小都易于在普通荧光显微镜下 观察, 使FISH过程变得简便而易于操作.
遗传学实验之—— 遗传学实验之 染色体组型分析
厦门大学生命科学学院
实验目的：
掌握染色体组型分析的各种数据指标 学习染色体组型分析的基本方法
实验原理
定义：染色体组型又称核型，是指将动 物、植物、真菌等的某一个体或某一分 类群（亚种、种、属等）的体细胞内的 整套染色体，按它们相对恒定的特征排 列起来的图像。 核型模式图是指将一个染色体组的全部 染色体逐个按其特征绘制下来，再按长 短、形态等特征排列起来的图像。
比较基因组杂交（CGH）
CGH不需要制备患者的染色体标本, 只需采用 肿瘤患者的基因组DNA和正常人的基因组DNA 作为探针，与正常人的中期染色体分裂相进行 杂交。比较两种探针所标的荧光信号的强度比 率来判断肿瘤患者的DNA是否存在缺失、增加 或复制。 因而CGH最适合于检测实体瘤, 淋巴 瘤等不易得到高质量染色体标本的疾病. CGH另一无法替代的优点是, 它可在一次杂交 中检测整个基因遗传 物质的增加或减少, 但精 度有限, 对微小的扩增或缺失检测不出, 仅适用 于对整个基因组进行筛查. CGH也无法发 现平 衡染色体易位.
发展历史
1920年提出 三项技术促进：低渗处理 秋水仙素应用 植物凝激素应用 染色体分带技术：Q带、G带、C带、R 带、T带、N带等 FISH技术
染色体的特征
数目 （2n=？） 长度 （绝对长度、 相对长度） 着丝粒位置 （M\SM\ST\T） 随体与次溢痕的数目、 大小和位置 带型分析
各类常用实验生物和人细胞DNA含量与染 色体数目
放射性同位素原位杂交技术
原有的放射性同位素原位杂交技术存在 着较多缺点，诸如每次检验需重新标记 、 已标记的探针表现出明显的不稳定性 、 需要较长时间的曝光时间和对环境的污 染等。在观察结果时，需要较多的分裂 相进行统计学分析。此外，由于放射性 银粒和染色体聚集的不同平面，可能引 起计数上的误差等。
对已做过G显带的染色体片子用75%的 乙醇或甲醇褪色后，可使FISH更清晰的 辨认各条染色体及染色体结构异常（包 括某些复杂的易位，插入，倒位等）,不 仅可以用新近G带外理过的片子，而且还 可用陈旧的G带片子。因此，FISH技术 可成功的帮助细胞遗传学家做出回顾性 分析。
FISH技术和其他技术的结合
物Baidu Nhomakorabea种
MS2 λ噬菌体 T4 枯草杆菌 大肠杆菌 啤酒酵母 果蝇 海胆 蛙 小鸡 小鼠 玉米 人
染色体数目
1 1 1 1 1 34 8 52 26 78 40 20 46
DNA含量（bp）
3×103 5×104 5×105 2×106 4.2×106 1.4×107 1.4×108 1.6×109 4.5×109 2.1×109 4.7×109 3×109 3.2×109
实验步骤
1. 2. 3. 4.
计数，沿边缘剪下染色体，编号 初步目测配对，分组 测量长度，计算相对长度、着丝粒指数、 臂比，相同的染色体间配对 将配对好的染色体排列并粘贴在纸上，每一 组下面画一横线，在两端注明起止号，并在 横线下的中部写明A-G组号，染色体从大到 小编为1-22号，性染色体单独列为一组
染色体着丝粒荧光
染色体端粒荧光
多色信号采集
常规的荧光显微镜的荧光显微镜的照像， 彩色胶片不易多次曝光，限制了这种联 合标记探针的应用，使用CCD照像系统， 先分别多次摄取灰色的影像关储存在计 算机内，而后冠以人为的颜色，运用软 件系统融合各次得到的影像，最终形成 一个复合的多颜色的图像。
FISH和G显带技术结合
组型分析实验方法
染色体数目确定 染色体形态特征：
长度：绝对、相对 相对长度=每条染色体的长度/全套染色体长度 臂比=长臂/短臂 着丝点指数=短臂/（长+短臂） 随体的有无
分组排队原则
着丝粒类型相同，相对长度相近的分一组 同一组的按染色体长短顺序配对排列 各指数相同的染色体配为一对 可根据随体的有无进行配对 将染色体按长 短排队，短臂向上
应用实例
常规的染色体核型分析已广泛用于各类急、慢性白血病 患者的骨髓染色体检查。如M3型的t（15；17）、M2b 型的t（8；21）、CML和部分ALL的Ph染色体等。 FISH技术已成功地用于t（15；17），t (8；21) 和Ph染 色体等的检测，并为人类基因组实验室发现的新基因进 行了定位。利用染色体涂抹技术，结合常规核型分析和 CGH技术，确诊了多例复杂的染色体异位。已用CGH技 术，分别对高二倍体ALL的患者和CML患者进行了研究。 CGH技术在实体瘤的DNA研究中有其独特的优势。 Rx-FISH和M-FISH都是目前细胞遗传学中最先进的研 究手段。对于肿瘤性疾病包括白血病和实体瘤中极其复 杂的染色体异常的检测有着不可替代的作用。