第4章 染色体

2020/1/191第四章染色体（chromosome)2020/1/192/80第一节染色质与染色体染色体是基因的载体，由DNA、组蛋白、RNA与非组蛋白组成，在细胞分裂间期以无定型的染色质形式存在，在细胞分裂期以棒状的染色体形式存在。2020/1/193/80一、染色体的形成与染色质螺旋化•染色体构建的四级结构模型•染色体构建的袢环结构模型2020/1/194/80(一)染色体构建的四级结构模型•一级结构：•由DNA与组蛋白包装成核小体，在组蛋白H1的介导下，核小体彼此连接形成直径10nm的核小体串珠结构。2020/1/195/80二级结构--螺旋管2020/1/196/80•30nm的螺线管进一步盘绕，形成φ400nm的超螺线管，即为染色质的三级结构。•超螺线管再一次折叠，可形成染色单体，长2~10μm。三级结构•超螺线管四级结构•染色单体2020/1/197/80(二)袢环结构模型核小体螺线管袢环2020/1/198/80二、常染色质和异染色质常染色质异染色质结构螺旋化程度低，结构松散，直径10nm螺旋化程度高，结构紧密，直径20～30nm染色浅深分布常位于核中央核膜边缘功能复制和转录活跃转录不活跃2020/1/199/80常染色质异染色质2020/1/1910/80三、性染色质•X染色质•Y染色质2020/1/1911/80（一）X染色质•1949年Barr发现•Lyon假说：女性的两条X染色体在胚胎发育中，一条随机失活，在细胞学图像上显示出X染色质。X染色体失活可在XAXa携带者中表现出部分症状。•雌性动物细胞中一条X染色体有活性，另一条失活;•X染色质随即来自父母之一;•失活发生于胚胎早期。2020/1/1912/80X染色质的研究进展1.失活不完全；2.失活中心(Xinactivecenter，XIC)：•X染色体上的特异性失活位点,Xq13。•XIC编码X染色体失活特异转录子(Xinactivespecifictranscripts,XIST)——核RNA(17kb)，抑制处于同一DNA分子上的基因活性。2020/1/1913/80（二）Ychromatin•用荧光染料对间期细胞染色，正常男性细胞核内有一个强荧光小体，φ0.3μm，是Y染色体长臂远端的异染色质区，称Y染色质。•男性特有，数目与男性细胞内Y染色体数目相同。2020/1/1914/80Y染色质X染色质2020/1/1915/80第二节染色体在细胞分裂中的行为•细胞通过生长和分裂使细胞数目增加。•有丝分裂的特点是母细胞把复制了的遗传物质均等分配到两个子细胞，以保证遗传的连续性和稳定性。2020/1/1916/80一、细胞增殖周期•cellcycle：指细胞从一次分裂结束开始生长到下一次分裂终了为止所经历的过程。•细胞周期时间：指细胞经历一个周期所需的时间。2020/1/1917/80细胞周期各时相的划分（一）分裂间期–G1期(Gap1)–S期(DNAsynthesis)–G2期(Gap2)（二）分裂期–前期–中期–后期–末期2020/1/1918/80细胞周期各时期的特点1.G1期：从M期结束→DNA合成前的一段过程。是细胞生长并为DNA复制作准备的时期。RNA、蛋白质、脂类和碳水化合物的合成量显著增加。合成DNA复制所需酶以及蛋白因子。组蛋白和非组蛋白，H1组蛋白的磷酸化。2020/1/1919/80•根据细胞增殖特点，G1期存在三种细胞：继续增殖细胞：如：胚胎细胞，骨髓干细胞，生殖上皮细胞等。暂不增殖细胞：如：肝、肾、胰实质细胞。永不增殖细胞：如：红细胞，神经细胞，肌细胞等2020/1/1920/802.S期：DNA合成期DNA复制：2C→4C组蛋白合成：核小体包装中心粒复制：2020/1/1921/803.G2期：DNA合成完成→细胞分裂之前的时期。•为细胞分裂作准备，合成与M期相关的结构功能蛋白。与促使核膜破裂及染色体凝集相关成熟促进因子。与纺锤体形成有关的微管蛋白。2020/1/1922/80二、染色体在有丝分裂中的行为•前期•中期•后期•末期2020/1/1923/80（1）前期•染色质凝集;确定分裂极;核仁解体;核膜破裂。2020/1/1924/80（2）中期•有丝分裂器：染色体、星体、中心粒、纺锤体。•极微管；•染色体微管；•区间微管；•星体微管。2020/1/1925/80（3）后期:•染色体分离，移向两极。2020/1/1926/80（4）末期:•子细胞核膜、核仁出现，胞质分裂。2020/1/1927/80三、染色体在减数分裂中的行为间期Ⅰ（一）第一次减数分裂前期Ⅰ中期Ⅰ后期Ⅰ末期Ⅰ间期Ⅱ（一）第二次减数分裂前期Ⅱ中期Ⅱ后期Ⅱ末期Ⅱ2020/1/1928/801.前期Ⅰ：（1）细线期:染色质---染色粒（2）偶线期:二价体、四分体出现，Z-DNA合成。（3）粗线期:交换、重组、P-DNA合成。（4）双线期:同源染色体分离,交叉端移。（5）终变期:2020/1/1929/80联会复合体(SC)：侧生组分-中央成分（含重组节）-侧生成分2020/1/1930/80交叉2020/1/1931/802.中期Ⅰ：同源染色体的排列成赤道板。3.后期Ⅰ：同源染色体分离，非同源染色体自由组合。4.末期Ⅰ：染色体成丝状，核仁、核膜重新出现，胞质分裂。2020/1/1932/802020/1/1933/80减数分裂同有丝分裂的比较：1.发生细胞2.DNA复制与细胞分裂次数3.过程4.细胞分裂的结果5.DNA的变化2020/1/1934/80减数分裂的意义：1.使生物染色体数目保持恒定2.遗传规律的细胞学基础3.人类遗传基础发生变异的根本机制2020/1/1935/80第三节生殖细胞的发生一、精子发生二、卵子发生2020/1/1936/80一、精子的发生•增殖期：有丝分裂，（2n)•生长期：形成精母细胞，（2n）•成熟期：减数分裂，（n）•变形期：单倍体精子2020/1/1937/80二、卵子的发生•增殖期•胚胎发育早期•卵巢中生发上皮卵原细胞（2n)进行有丝分裂•生长期•胚胎发育6个月•卵原细胞增大成初级卵母细胞（2n)2020/1/1938/80成熟期初级卵母细胞第一次减数分裂1次级卵母细胞（n）400个停于双线期，性成熟后，排卵+1第一极体（n）1次级卵母细胞第二次减数分裂1卵细胞（n）停于中期Ⅱ+1第二极体（n）1第一极体受精后第二次减数分裂2第二极体（n）2020/1/1939/802020/1/1940/80三.受精作用(fertilization)2020/1/1941/80第四节正常核型大量实验研究证明，染色体是种的标志。各种生物的染色体数目和形态是恒定的。即同种生物的染色体数目和形态都相同，不同种生物则不同。因此，对人类染色体的识别，是依据正常人类染色体的固有形态特征和数目进行对照分析，这是确定和发现染色体异常和染色体畸变综合征的基本手段和诊断基础。2020/1/1942/80人类染色体2020/1/1943/80一、人体染色体的形态染色单体次级缢痕短臂（p）长臂（q）随体常染色质区端粒(异染色质区)随体柄(次级缢痕)着丝粒(初级缢痕)中期染色体结构2020/1/1944/80初级缢痕（主缢痕）：着丝粒所在部位两染色单体缩窄。次级缢痕（副缢痕）：有的染色体在长、短臂上还存在缩窄区或浅染区，称为副缢痕。随体：大部分近端着丝粒染色体短臂末端有一球形小体，借柄部与染色体主体称为随体。2020/1/1945/80NOR：近端着丝粒染色体随体和短臂相连的柄部含有rDNA，可转录形成rRNA,与核仁形成有关，也称核仁组织者区。端粒（telomere）：染色体端部特化部位，由端粒DNA和端粒蛋白构成。功能:1.维持染色体结构稳定；2.保持各条染色体彼此不相粘接；3.有助于同源染色体配对和染色单体互换。2020/1/1946/80染色体的四种类型：2020/1/1947/80二、核型分析核型（karyotype）：一个体细胞（somaticcell）中的全部染色体称为核型。确切的说核型是指是一个体细胞内的全部染色体按其大小和形态特征排列所构成的图像。对这种图像进行分析称为核型分析。2020/1/1948/80核型描述：按国际标准，正常核型的描述包括两部分：第一部分为染色体总数，第二部分为性染色体组成，两者之间用“，”隔开:正常男性的核型：46，XY正常女性的核型：46，XX异常核型的描述除包括以上两部分外，还包括畸变情况，也是用“，”与前面部分隔开。2020/1/1949/80（一）非显带核型丹佛(Denver)体制。规定每一条染色体可通过相对长度、臂率和着丝粒指数等三个参数予以识别；常染色体按长度递减的次序以1～22号编号，性染色体则称为X和Y。另外人类的46条染色体应根据长度递减顺序和着丝粒位置划分为7个易区分的组，即以字母A～G表示7组染色体，并决定将副缢痕和随体作为识别染色体的辅助指标。2020/1/1950/80人类染色体核型特点（Denver）分组序号大小着丝粒位置随体次缢痕鉴别A1~3最大1.3M，2SM无1q可以B4~5最大SM无难C6~12中等SM无9q难X介于7-8之间D13~15中等ST有难E16~18中等16M无16q可以17、18SMF19~20次小M无难G21~22最小ST有可以Y无Yq大小2020/1/1951/802020/1/1952（二）显带核型1968年，Caspersson建立染色体显带技术。显带技术（bandingtechnique）：用各种特殊的染色方法使染色体沿长轴显现出明暗或深浅交替带纹——带（band）。带型（bandingpattern）：将人类24种染色体所显示各自特殊全部带纹，称为带型。2020/1/1953/80•人类G显带染色体模式图2020/1/1954显带染色体界标、区、带命名示意图pq32112346432151p312020/1/1955/80人类染色体的显带核型2020/1/1956/80常见带型的类型、特点及临床应用1.Q带（Qbanding）：Q显带用芥子喹吖因（QM）或盐酸喹吖因（QH）等荧光染料对染色体标本进行染色，然后在荧光显微镜下进行观察。但Q带保存时间短，而且需要在荧光显微镜下进行观察，因而，限制了Q显带技术的应用。2020/1/1957/802.G显带（Gbanding）：染色体标本用热、碱、蛋白酶等预处理后，再用Giemsa染色，可以显示出与Q带相似的带纹。在光学显微镜下，可见Q带亮带相应的部位，被Giemsa染成深带，而Q带暗带相应的部位被Giemsa染成浅带。这种显带技术称为G显带。G显带克服了Q显带的缺点，G带标本可长期保存，而且可在光学显微镜下观察，因而得到了广泛的应用，是目前进行染色体分析的常规带型。2020/1/1958/80正常男性染色体46,XY正常女性染色体46，XXG显带核型分析2020/1/1959/803.R显带（Rbanding）：所显示的带纹与G带的深、浅带带纹正好相反，故称为R带。G带浅带如果发生异常，不易发现和识别，而R显带技术可以将G带浅带显示出易于识别的深带，所以R显带对分析染色体G带浅带部位的结构改变有重要作用。2020/1/1960/80人类1号染色体Q、G、R三种显带对比图2020/1/1961/80专门显示着丝粒的显带技术。C显带也可使第1、9、16号和Y染色体长臂的异染色质区染色。因而，C带可用来分析染色体这些部位的改变。4.C显带（Cbanding）：C显带核型2020/1/1962/805.T显带（Tbanding）：专门显示染色体端粒的显带技术，用来分析染色体端粒。6.N显带（Nbanding）：专门显示核仁组织区的显带技术。2020/1/1963/80G显带染色体特定带的描述•特定带描述需表明4个内容：例:1p31•着丝粒分别记为长臂、短臂的1区1带•各符号间连续书写，无标点分隔。染色体号臂的符号区号带号2020/1/1964/807.高分辨显带（high-re