细胞遗传学-
I 一、简介 什么是细胞遗传学？ icsisabranchoficsthatisconcernedwiththestudyofthestructureandfunctionofthecell,especiallythechromosomes.
1 2 细胞遗传学在遗传学发展中的位置 1900以前 1900 190039 19401952 1952 萌芽 诞生 细胞遗传学细胞向分子水平过渡分子遗传学 生物多样性和稳定性的实现 生物性状的传递 遗传信息的载体 遗传物质(基因) 遗传信息传递网络的实现 宏观个体染色体细胞 微观分子基因
3 遗传学的三个主要领域 †经典遗传学(Classicalics)„孟德尔法则(Mendel’sprinciples)„性别决定和连锁(Sexdeterminationandlinkage)„细胞遗传学(ics) †分子遗传学(Molecularics) †进化遗传学(Evolutionaryics)
4 二、基础研究方法 细胞分裂周期
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1 真实的有丝分裂中期 低渗溶液－染色体制片技术 †1952,徐道觉(TCHsu)
7 8 理想的分离(可见光) FISH原理(荧光) †间接法„Hapten:半抗原,如生物素(biotin)或地高辛(digoxingenin)等„先用半抗原标记，再通过免疫荧光抗体检测„缺点步骤多、操作烦，优点是信号可扩大 †直接法„直接用Fluorophore(荧光素)标记„简单快速，应用广泛
9 10 FISH流程 着丝粒和端粒FISH †染色体用DAPI染色 11 12
2 小麦/长穗偃麦草杂种GISH分析 †小麦基因组红色†长穗偃麦草黄色 13 外源染色体的渗入（附加系） 14 外源染色体的渗入（代换系） 15 染色体免疫杂交 †将染色体某蛋白质特异性抗体进行荧光标记，进行免疫杂交 †CENP-A只存在着丝粒区 †组蛋白H3存在与整条染色体 16 染色体分离-流式细胞仪 人染色体分离策略 17 18
3 女性和男性染色体分离 19
三、染色体结构 20 染色体Chromosome 1原核生物染色体 †一个包含DNA和蛋白质的复杂结构，定位于细胞核中 †染色体的发现„1848,Hofmeister从鸭跖草小孢子母细胞中发现染色体„1888,Waldeyer定名为染色体(Chromosome)„1879,Flemming将细胞核中染色后强烈着色的细丝状物质定名为染色质(Chromatin) „来自希腊语:“khroma”–coloured“soma”–body †特点1：染色体简单 „DNA分子如细菌、多数噬菌体和多数动物病毒 „RNA分子如植物病毒、某些噬菌体和动物病毒 21 22 原核生物染色体 †特点2：遗传信息含量少 只有一条染色体，且DNA含量远低于真核生物 „大肠杆菌(E.coli)只有一个环状染色体，其DNA分子含核苷酸对为4.5×106(约为人染色体的0.1%)，长度1.35mm。
„蚕豆配子中染色体(n=6)的核苷酸对为2×1010，长度6000mm。
噬菌体染色体结构 23 24
4 大肠杆菌染色体结构 大肠杆菌经“温和裂解”，染色体DNA没有断裂并渗到细胞外，总长度约1.35mm，是大肠杆菌细胞长度的数百倍。
25 原核生物染色体 细菌染色体或拟核(nucleoid)是细胞质中间非染色区域遍布整个细胞质的团粒(granular)结构是核糖体(ribosomes) 26 大肠杆菌染色体结构 大肠杆菌染色体折叠 染色体DNA结合物质：几种DNA结合蛋白、RNA 27 28 2真核生物染色体 2.1叶绿体和线粒体基因组 29 30
5 细胞器基因组特点
1.可进行转录翻译
2.不同物种间大小差别大，特别是线粒体基因组
3.含有基因少
4.稳定性比核基因组低
5.很多基因转移到核基因组 31 线粒体基因大部分没有内含子 32 线粒体基因组大小比较 †叶绿体起源于自养蓝藻 „基因组约110-200kb„含有50-200个基因„其中约40个编码蛋白质 †线粒体起源于需氧细菌 „被子植物中约160-2000kb„编码几十个基因 线粒体大小为什么差异大？ †mtDNAcontainsadirectrepeat(I)andaninverserepeat(II) †binationatthetworepeatswillchangethegeneorderandalsosplitupthegenomeintotwoseparatemolecules 33 34 细胞器基因如何转移到核基因组？ †ThemitochondrialmRNAwasreverse-transcribed†TheresultingDNAwasintegratedintoanuclearchromosome†DNAelementsforgeneexpressionandproteindirectingtothe mitochondrionwereassembled†Themitochondrialgenecopycanbedeletedwithoutlossoffunction 35 2.2核染色体
(1)组成成分 †DNA占染色质重量的30－40% †蛋白质组蛋白：含量比例与DNA相近，结构上起决定作用非组蛋白：与基因的调控有关 †RNA和一些脂类 36
6 染色体折叠 碱基数浓缩倍数直径 1012nm 806－711nm 1200~4030nm 60000680~0.25um 1.1e6120000.84um 18个环120000.84um 37
(2)基本结构－“串珠模型” 奥林斯(OlinsA.L.,1974,1978)柯恩柏格(KornbergR.D.,1974,1977)钱朋(ChambonP.,1978) 38 串珠与纤维管比较
(3)高级结构模型
1.螺旋模型(coilmodel)
2.染色体骨架/放射环模型(scaffold/radialloopmodel)
3.放射环和螺旋共存模型
4.“玫瑰花环”模型 39 40 I螺旋模型 †Ohnuki,1968;Baketal.,1977†将螺旋进行到底 „30nm染色质纤维螺旋形成200-400nm染色线„200-400nm染色线再螺旋形成中期染色体 41 II染色体骨架–放射环结构模型 †Laemmlietal.,1978;Marsden&Laemmli,1979 42
7 染色体骨架理论依据 III放射环与螺旋共存模型 †1971年，Stubblefield和Wary †超声波、2MNaCl或6M尿素处理中国仓鼠染色体，去除DNA和组蛋白，观察到一带状结构 †设想染色体中可能存在染色体轴(axis)，提出染色体轴心结构假说 中期染色体去除组蛋白后的电镜图片：中间为两个非组蛋白形成的两个支架 †存在争论 „部分证据支持放射环结构„部分证据支持螺旋结构 †RattnerandLin,1985 „某些部分形成放射环„某些部分形成螺旋„放射环和螺旋相间排列 43 44 IV“玫瑰花环”模型 染色体浓缩电镜照片 †Filipskietal.,1991 †DNA锚定于蛋白骨架上形成放射环 †每6个放射环形成一个玫瑰花环(rosette)，构成200300nm的染色质纤维 †染色质纤维形成染色单体 45 46 ChromosomevsGene Chromosome:pact compact
(3)染色体结构是不均一的 Gene: active unactive 47 48
8 几个名词 主缢痕(primaryconstriction) †中期染色体上一个染色较浅而缢缩的部位†主缢痕处有着丝粒，其染色线螺旋化程序低，DNA含 量少，染色很浅或不着色 49 主缢痕－着丝粒位置 †中着丝粒染色体(metacentricchromosome)†亚中着丝粒染色体(submetacentricchromosome)†亚端着丝粒染色体(subtelocentricchromosome)†端着丝粒染色体(telocentricchromosome) 50 主缢痕－臂长指标 †臂比值r（长臂长/短臂长）†着丝粒指数[(短臂长/染色体长)×100%]†短臂长臂比 几个名词 次缢痕(secondaryconstriction)†除主缢痕外，染色体上第二个呈浅缢缩的部分†次缢痕的位置相对稳定，是鉴定染色体个别性的一个显著特征 随体(satellite)†染色体末端的球形染色体节段†通过次缢痕区与染色体主体部分相连†端随体：位于染色体末端的随体†中间随体：位于两个次缢痕中间 端粒(telomere)†是染色体端部的特化部分 51 52 Chromosome
四、一些新发现 53 54
9 染色体是独立的吗？ 试验方案 55 56 染色体内的相互作用 †3号染色体中不同区域间相互作用比较均匀 †7号染色体分成两个区域，区域内相互作用强，区域间相互作用弱 57 染色体间的相互作用 †1号染色体与其他染色体均发生相互作用†不同染色体间相互作用强调不同 58 染色体间的相互作用 酵母染色体三维结构模型 †染色体间不同区域的相互作用不同 59 60 10 相互作用是随机的吗？ 果蝇3号染色体长臂 61 62 染色体在核中的分布状态 染色体在核中的分布状态 63 64 染色体在核中的分布状态 染色体在核中的分布状态 65 66 11 不同发育时期染色体结构变化 67 12