第三章核型与核型分析.ppt

第三章核型和核型分析,1848年Hofmeister发现染色体1888年Waldeyer定名为染色体在细胞分裂的不同时期，染色体具有不同的形态结构。前期：表现出清楚的结构特征，如染色粒、常染色质，异染色质，核仁，核仁组织等，染色体节等。但染色体处于动态的收缩过程中，其各部分收缩速度与程度不均一。中期：染色体在浓缩上处于相对稳定时期，具有典型的外型特征，作核型分析最为合适。,核型（Karyotype）：a.Battaglia（1952）定义：核型是一个体或一群亲缘关系近的个体染色体组分中的染色体数目、大小和形态。b.Stebbins（1971）定义：核型是有丝分裂中期看到的染色体组分的形态。c.Herskowitz（1977）定义：核型是中期染色体或染色体类型按顺序的排列表达。d.李懋学（1995）定义：核型指体细胞染色体在光学显微镜下所有可测定的表型特征的总称。,核型分析（Karyotypeanalysis）：是对核型的各种特征进行定量和定性的表述。核型分析是细胞遗传学（Cytogenetics），染色体工程（Chromosomeengineering），基因定位（genelocalization）及细胞分类学（cytotaxonomy）等学科的基本研究方法。,第一节染色体数目、基数、多倍体及非整倍体,一、数目单冠毛菊（Haplopappnsgracilis）2n=4，蕨类植物瓶尔小草（Ophioklossumreticulatum）2n=1260作物大多在2n=10-40，少数如猕猴桃、甘蔗等高达100左右。对具有高染色体数的作物，只宜分析数目变异，不宜做核型分析。原因：a.染色体小。b.可能含有较复杂的多个基因组，难得准确而有价值的结论。c.数目难稳定一致。,1、小叶猕猴桃2n=582、大籽猕猴桃2n=1163、京梨猕猴桃2n=1164、狗枣猕猴桃2n=116,观察染色体的细胞数越多，准确性越高，也易发现变异情况，此外，这样才具代表性。全国第一届植物染色体学术讨论会上，约定，计数染色体数目，以30个细胞以上，其中85%以上细胞具恒定一致的染色体数，即可认为是该植物的染色体数目。,二、基数与倍性1.染色体组（Chromosomeset）：指二倍体生物的配子体细胞核中的全部染色体，在多倍体生物中则指染色体的组成成分。如小麦单倍体染色体组分由三个染色体组（ABD）组成。每一条染色体是染色体组中不可缺少的成员。2.染色体基数（chromosomebasicnumber）：指一个二倍体种的单个基因组的数目，在一系列多倍体中，最小的单倍体（monoploid）的染色体数称为基数。常用“x”表示。（一般认为，x13就属于古多倍体起源）,植物配子体的染色体数目，常用“n”表示，二倍体植物的孢子体具两套染色体组，以“2n”表示。示例：一粒小麦（AA）：2n=2x=14二粒小麦（AABB）：2n=4x=28x=7普通小麦（AABBDD）：2n=6x=42金冠苹果：2n=2x=34湖北海棠：2n=3x=51x=17小金海棠：2n=4x=68,从以上可知：n用于个体发育的范畴，而x用于系统发育的范畴，在作物个体发育的世代交替中，配子体世代称为“n”意即单倍体，孢子体世代称为“2n”即二倍体，它与其真实倍性高低无关。,三、多倍体多倍体包括同源染色体，异源染色体及同源异源染色体。对多倍体做核型分析一般都涉及到其起源演化问题。也就是作出同源异源的判断。但需要注意的就是不要轻易作出同源异源的判断。因为形态相似，并不一定同源。,四、非整倍体某一个体恒定地出现某一同源染色体对中多一个或少一个成员，分别称为三体和单体，多两个或少两个，为四体或缺体。三体或四体可在2x与4x中产生并存活，而单体或缺体，只在多倍体中存活。这类非整倍体在染色体工程与基因定位中有价值，普通小麦已建立了21个单体系列。,在一个物种的群体中，某一个或一些个体与其他个体比较，恒定地相差一对或n对非重复的同源染色体时，则可能表明该物种中存在有染色体基数非整倍性变异的个体，称为异整倍体（dysploid）。这是物种分化或新物种产生的标志。也是同属植物中产生多基数的原因。,五、混倍体不同个体与不同细胞间染色体数变化大，出现整倍体与非整倍体无规律变化，称为混倍体。六、B染色体B染色体，也称为超数染色体（Supernumerary）指超出某一作物正常染色体数目的一些特殊染色体，如玉米、黑麦、高粱、百合、重楼、蚕豆中常见。,玉米核型（2n=20+4B）,区别：1.B染色体均小于正常染色体（也称A染色体），大者不过相当于小A染色体的1/2，小者相当于一个点状小随体大小（可与上述三体、四体区别）2.同一个体中，通常所有细胞中均存在，且数目基本恒定，无论大小，均具有着丝点（中部或端部着丝点），可在体细胞分裂中正常传递（易于与染色体断裂产生的断片区别）3.80%出现在2x植物中，数目多为1-2个，自然界可多达20个。人工诱导或栽培下，可累积达到34个（玉米中发现）。注意：少数存在，不影响植物生长发育，多数存在，引起生活力下降，以及生殖不育障碍。,第二节染色体形态和结构,一、供核性分析的染色体满足以下条件：1.分裂时期应准确可辨。2.染色体纵面浓缩均匀一致。3.溢痕显示清晰。,大蒜根尖染色体核型2n=2x=16,二、染色体长度1.实际长度（绝对长度）中期染色体变异于1-30um之间。其中裸子植物、石石蒜科禾本科等含较大的染色体，而十字花科、葫芦科、蔷薇科等染色体小。,一般以放大的照片测量，实际长度（um）=放大染色体长度（mm）/放大倍数1000,根据Lima-De-Faria的chro-field理论，分为四级（A.Hereditas，1980，93：1）第一，12um，大染色体（着丝点与端粒间距离太大，基因移动的自由度大，易于改变位置，chro-field不稳定，处于可塑状态）,第三是最适宜基因调控与表达，大多数生物具有这种大小的染色体，这也是自然选择的结果。染色体太大，太小均不利于染色体进化。,2.相对长度：=（染色体长度/染色体总长度）100%优点：排除了染色体浓缩程度不同或个人取用细胞不同而产生的误差。3.臂比：（=长/短臂）或（=短/长：仅在早期文献用）,三、着丝点命名及位置1.两点两区系统：Huziwara（1958）即在中部着丝点（m）与端部（t）间三等分，为亚中（sm）和亚端（st）。计算方法：r%=短臂长/染色体全长（=50%：m；=50%-33%：sm；=33%以下：st）此法过于粗放，少有人用。,2.四点四区系统：Levan（1964）即在M与T之间，均分四等分，臂比r=L/S命名如下：rM正中部1.0m中部1.0-1.7sm亚中部1.71-3.0st亚端部3.01-7.0t端部7.01-T端部,第三节核型分析的操作,过程：1.挑选细胞、摄影、打印、裁剪。2.目测染色体总长度和着丝点位置，初步进行同源染色体的“人工”配对，用标尺量出每个染色体的长臂、短臂及总长（mm计），然后按总长由长至短顺序排列，并编号（若两对染色体长相等，按短臂排，长者在前）,3.求出各对染色体的各项长度平均值，求出r，命名着丝点。4.求出至少5个细胞的上述指标平均值，以此做为参数绘模式图。注意：5个细胞平均值：（1）5个细胞来源于5个不同个体，若作某作物，要选5个以上品种，每一个品种选一细胞。（2）当长度与臂比有冲突时，以臂比为准。,5.核型参数表及公式序号相对长度%r着丝点类型10.000.00sm*具随体23核型公式：2n=4x=36=20m+10sm（2SAT）+4st（2SAT）+2t（SAT）原则：将对称的染色体放于前，其次是不对称，最后是极不对称。,6.模式照片及核型图。剪下染色体排在照片下方或右边并编序号。7.核型模式图（idiogram）8.排版：标准版心，长21cm，宽14cm。,第四节核型分类,对称性核型：指细胞中所有染色体大小相近，都有中部或近中部着丝点染色体。反之，染色体大小差异增大，或染色体臂比值增加，出现st或t型染色体，核型便逐渐变为不对称。根据核型中最长与最短染色体的比值与臂比值两项特征，用以区分。,核型分类（stebbins，1971）最长染色体/臂比值大于2：1（在染色体组中所占比例）最短染色体0.00.01-0.500.51-0.991.004:11C2C3C4C表中：1A为最对称，4C为最不对称。目前1C在植物中还未找到。其进化途径：1A-2A-