Transcript 实验八人类染色体核型分析

人类染色体核型分析
一、实验目的：
二、实验原理：
三、实验材料：
四、操作步骤：
五、结果分析：
一、实验目的：
1. 根据大小，着丝粒位置和随体的有无描述人类染色体
的形态。
2. 使用标准的数字和字母符号描述典型的结构上的染色
体的畸变。
3. 准备一个人类白细胞染色体的核型, 决定其染色体的数
目、性别并且确认在数目上或结构上是否有染色体畸变。
二、实验原理：
在19世纪后半期许多生物学家用显微镜观察到了染色体，
1875年Edward Strasburger 描绘了活的植物细胞的有丝分裂，
1879年，Walther Flemming随之从两栖类幼体的固定和染色组
织中描绘有丝分裂的过程。他创造了今天常用来描述有丝分裂
过程的述语，W. Waldeyer将有丝分裂中期可观察到的主要结构
命名为染色体，Theodor Boveri和walter S. Sutton在1902年将遗
传物质和染色体联系起来。随着细胞学技术的改善，在许多动
物和植物细胞内观察和研究了染色体。
尽管如此，人类染色体的研究进展却很慢，因为研究材料不
容易得到,还有被应用于植物和动物细胞的技术不能够用于人
类，当人类细胞离体培养生长时这些困难就解决了。培养中的
分裂细胞能够用碱性的秋水仙素处理, 使染色体不受分裂细胞
纺锤体的影响，接着在培养中的细胞暴露在低渗溶液中，这种
低渗溶液可以引起细胞膨胀，因此可以单独观察和数出细胞的
染色体。
二、实验原理：
当徐道觉和A.Levan（在1956年）采用这些技术培养人肺胚
胎组织细胞时，人类染色体数目被确定为2n=46，在英国，研
究生殖巢组织的C.E .Ford不久就确认了这个观察结果，确定人
类染色体数目为46的其它研究是以骨髓和皮肤活组织的细胞培
养物为基础的，人类染色体的数目有重要意义研究在1959年,
那时J. Lejeune和他的合作者将机能失调的唐氏综合症归因于不
正常的染色体数目。从此以后，许多主要的生理和精神错乱都
与人类染色体的畸变联系起来了。
对人类染色体的研究通常使用血液白细胞，这种血液白细胞
能很方便获得、培养，并诱导有丝分裂(实验七)，当一切准备
适当，可看见各种各样长度的人类染色体（最长约10um，最
短约2um）和不同位置的着丝粒（主要的狭窄区）。
三、实验材料：
人类白细胞中期染色体照片
四、操作步骤：
(一). 染色体的形态
依据染色体的长度和着丝粒的位置，正常人的常染色体
已经被分为七组，A到G，还有一对性染色体，xx或xy，
依这些准则，人类的23对染色体（图8.1）被归类如下。
组别
染色体
A
1 到3
B
4 和5
C
6 到12
D
13到15
E
16到18
F
19和20
G
21和22
X
XX或XY
图8.1. 染色体带通过Q-、G和R染色方法来观察。常染
色体按1-22的顺序编号, X和
Y染色体分别列出。染色体
短臂用P标明，长臂用q标明。
区域从1(靠近着丝粒)到每臂
的终端来编号，每一区域里
带的编号顺序也是从着丝粒
到每臂的终端 (巴黎会议
[1971])：人类细胞遗传学标
准化。Birth Defects：原始论
文系列Ⅷ[7]，1972，国家基
金，纽约)。
四、操作步骤：
根据图8.1所示的每条染色体的相对长度和着丝粒位置,
在括号中注明染色体的大小和着丝粒的位置，在每组染色
体的下面划线,并用字母表示属A一X八组中的那一组, X染
色体与C组中的常染色体相似，Y染色体与G组中的常染色
体相似。
所有的人类染色体都有两条臂，每一条在着丝粒的一
端，为了识别染色体臂，通常用P和q分别表示短臂（P）
和长臂（q）。
图8.2从一个血细胞培养得到的人类染色体中期的核型，
依据长度和着丝粒位置将染色体分为七个常染色体组和一
对性染色体，带型是用来证明两个染色体是每对的成员，
这个核型是正常的46，男性，XY。
四、操作步骤：
图8.2
一个血细胞培养得到的人类染色体中期的核型
四、操作步骤：
(二). 染色体分带与结构畸变
染色技术已经发展到可以显示出染色体上带纹，通过
这些技术，可以精确地辨别八组中的每个染色体，在图
8.1中三种不同的显带技术G，R和Q-巳经用来显示几种带
的组合, 吉姆萨染色用来展示G带（图8.2）中期染色的片
断比其临近部分更黑或更亮, 常被用来识别特殊的染色体
和染色体的一部分。另一种吉姆萨染色法相对于标准的G
带是相反的R带型。荧光的Q带是用奎吖因化合物染色，
荧光可以用一种特殊装置—带有紫外光灯的显微镜观察到,
成对的染色体可通过荧光的强度差别和奎吖因的其它特性
加以识别，通常仅仅一种带型，比如G带，可以用来区分
一个细胞中的所有常染色体。属于相同对的两个染色体表
现相同的带型。
四、操作步骤：
最近发展的荧光原位杂交和染色体描绘（Painting）技术采用荧光标记染色体特
殊DNA探计和现在的原位杂交（实验12），在探测和分析畸变核型与复杂的染色
体重排方面扩大并填补了标准的细胞遗传学技术(图8.3, 左)，这些技术中的一些
方法还有助于某些癌症的诊断（Speicher 等.1996）。图8.3(右)是一个人类染色体
核型，用FISH（荧光原位杂交）方法显示一个复杂的染色体重排，重排牵涉到22
号染色体（粉红色）和9号染色体（蓝色）。实验12对FISH和染色体描绘有更完
整的描述。
图8.3．
左 ： 利
用 FISH
技术, 人
类 染 色
体 的 着
丝 点 全
部 被 荧
光标记。
右 ： 用
FISH 显
示 22 号
染 色 体
和9号染
色 体 重
排
四、操作步骤：
如果一个性染色体结构畸变已经发生在一对染色体的一个，可以
通过同源带的错配加以识别。因此，在染色体内或在不同染色体之
间的结构变化可通过G带染色体识别。结构改变了的染色体可以用
单个字母或重排名的三个缩写字母来标记，如t（易位），del（缺
失）der（衍生染色体），dup（重复）inv（倒位）和ins（插入）。
接着在重排类型后面的括号内写上有关染色体的号数 。例如inv
（2），t（2：4），如果重排染色体中的一个是性染色体，就将其
列在第一位，否则，数字比较小的染色体被列在第一位，例如t(x：
2)或t(14：21)。任何给定的断裂位置是通过区和带的数字来详细说
明的。例如，当仅仅知道区时, 如1P2, 则表示第1号染色体的短臂2区，
当断裂包括一个特殊的带时, 如1 q 13, 则表示1号染色体的长臂1区3
带，还有, 2号染色体长臂上的缺乏可由3区、3带上的断裂产生，这
种缺失可标记为del（2）（q33）。当断裂发生在一个单染色体的双
臂上，那末短臂上的断裂点应在长臂断裂点前标明，如inv（3）
（p2q3）是一个3号染色体上的臂间倒位（包括着丝粒），表明3号
染色体的短臂2区和长臂3区上有断裂点，（在染色体臂内的倒位叫
做叫臂内倒位）。
四、操作步骤：
特殊染色体的结构上的畸变可以表现出特殊的表型后果，5
号染色体短臂（5p）上的缺失与猫叫（cri du chat）综合症相
关。当染色体物质缺失或填加的特异区没有详细说明时，在染
色体臂的符号后标上一个减号（—）或加号(+），例如，猫叫
（cri du chat）综合症可用del(5p-)来标记。
结构变异研究的数年中,使用精细的技术识别和分析染色体
带迫切需要专门的术语来命名所标记的畸变 ，（看ISCN，
1995）例如，“衍生染色体（der）是一个结构性重组染色体，
是单个染色体内通过两个或多个染色体重排, 或大量畸变产生
的（ISCN，1995）”。衍生（der）这个述语经常被应用到有
完整着丝粒的染色体。图8.4是一个45，xx女性的核型，这个
核 型 是 包 括 14 号 染 色 体 和 21 号 染 色 体 的 平 衡 罗 伯 逊 易 位
[t(14.21)]。这样易位产生衍生染色体标记为der(14;21) (q10;
q10)，这个个体的完整标记是45, XX, der（14;21）（q10;q10）。
图8.4 一个有14：21衍生染色体核型的妇女, 由21号染色体长臂易
位到14号染色体的短臂，尽管只有45条染色体，这位女士表型是正
常的，因为21号染色体全部保留在衍生染色体中，她也有生出唐氏
综合症孩子的风险。请解释为什么?
四、操作步骤：
最近几年的研究表明, 一些癌症与特殊染色体结构畸变有关，例如，慢性骨
髓性白血病（CMl）与所谓的费城染色体(ph)有关系，在CML中,有缺陷的染色体
仅发生在在白细胞中, 包括第9染色体和22号染色体长臂之间的一个相互易位（片
段的交换）（图8.5）。仔细的研究表明染色体断裂发生在第9染色体和22号染色
体的长臂上（3区4带和1区1带），用适当的标记标明产生的衍生染色体。
图8.5 慢性骨髓
性白血病患者
的核型, 22号染
色体和9号染色
体长臂之间相
互易位(蒙底特
律Henry Ford 医
院 D ， L.Van
DyKe
和
J．Zabawski)
四、操作步骤：
(三) 染色体的数目畸变
尽管在人类体细胞中染色体数通常为46，但是增加或
丢失整条染色体有时会发生，包括大染色体在内的数目改
变经常是致死的，获得用于表型研究的个体是不可能的。
尽管在早期流产中经常遇到16三体，事实上没有看到过活
产的16三体婴儿，可以增加一些小的常染色体，还可以增
加或丢失性染色体，至少有一些有不规则数目的个体活着
并表现畸变，一些不规则数目的染色体与多个畸变有关系，
这种畸变可能包括形态的、生理的和心理的不正常。具有
这样复杂的症状被称为综合症，一些普通的和众所周知的
综合症与染色体畸变有关系，它们被列在表8.1中，参考
你的教材以便描述每种综合症。
四、操作步骤：
四、操作步骤：
为了用符号表示或描述一个个体的全部染色体，必须
考虑染色体数目和结构，因此，对于每一个个体的全部染
色体的描述总是从样本照片上的染色体的总数开始的。在
1971年巴黎会议上, 与会者同意在总数后面但在相应的染
色体前面应该用加号或减号来表明增加或丢失了整个染色
体，一个男子有一个额外的18染色体, 应该用47，XY+18
表示(图8.6)。与会者更加赞同应该在一个标记后面用加号
或减号来代表一个特殊染色体或染色体臂的长度的增加或
减少。例如46，XY，1q+表示一个有46条染色体的男子的
1号染色体的长度增加了。然而，47，XY，+14p+代表一
位男性含有47条染色体，包括一个短臂的长度增加了的额
外14号染色体。
图8.6 有18三体,患
爱德华综合症的患
者(47 , XY, +18) 。
A: 分散染色体; B:
核型。(蒙底特律
MI 医 学 遗 传 学 系 ,
Henry Ford 健康系
统 的 A. Wiktor,
J ． Zabawski, D ，
L.Van DyKe )
四、操作步骤：
(四)核型的制备
核型（图8.2, 8.4, 8.5）是一个特定人的中期染色体的
集合。这些染色体是以长度依次下降和着丝粒的位置成对
排列的，这些染色体通常是从分裂的白细胞或者培养中其
它细胞获得的，培养细胞用秋水仙处理，经过低渗溶液,
固定，在载波片上染色。在光镜下，观察单个核的一套染
色体，测定染色体数目和合适的带，在医学细胞遗传学实
验室，大约每个病人的10-100染色体图像通过显微镜被检
测，最好的染色体组被拍照并扩大到标准大小，切除单一
染色体，同源配染色体配对后以正确的顺序粘成标准形态，
每个核型包括一套被调查人的完整的染色体组，当有必要
直接从载玻片上用显微镜来估价一个特定人的染色体的结
构和数目的畸变时, 就要制的核型。核型为比较，显示和
将来使用提供了一个明确的记录。
四、操作步骤：
一些细胞遗传学实验室使用一种自动的，计算机驱动的核型分析
系统，尽管装备昂贵，然而这种系统准确和有效，因为在研究中用
手工的方式准备核型，既困难又浪费时间，自动化系统将毫无疑问
地在大的研究中心被逐渐应用，在这里每年都要准备大量的核型。
图8.7 从白细胞培养
的人类中期染色体
照片。剪下染色体
贴在“染色体研究
报告”上, 解释核型
并在报告上签名。
这张照片上的染色
体包括一条衍生染
色体,通过带型来确
认哪些染色体组成
了该衍生染色体。
四、操作步骤：
(五)培养并检验人类染色体
许多学生和教员可能希望有实际检查人类染色体的体验,
另一些人可能希望培养人类白细胞，亲自制备人类染色体
玻片，照相并据此制的核型。人类染色体玻片在商业上可
得到，供货指南上列有清单。
核型制备的整个过程既复杂又费时，超出了许多普通
遗传学实验课程的范围，但是当时间允许和方便得当的时
候，学生将为染色体研究，从合适的细胞载玻片的制备中
获益。对于那些有时间, 有设备，但是没有培养细胞的技
术和制备染色经验的同学，可以在市场上买到成套的材料
及操作指导。产品供应商和他们的产品会列在指导者手册
上。除市场上提供的材料，设定37℃的培养箱及离心机对
于培养人白细胞和制备染色体是必不可少的。
五、结果分析：
图8.8 人类白细胞中期染色体照片,制备核型并参照图8.7完成报告
五、结果分析：
图8.9 人类白细胞中期染色体照片,制备核型并参照图8.7完成报告。
五、结果分析：
图8.10人类白细胞中期染色体照片,制备核型并参照图8.7完成报告
五、结果分析：
图8.10人类白细胞中期染色体照片,制备核型并参照图8.7完成报告
图
8.10
人类
白细
胞中
期染
色体
照片,
制备
核型
并参
照图
8.7完
成报
告。
染
色
体
研
究
报
告
五、结果分析：
（1）.根据表8.1, 对下列染色体重排给出完整的标记。
1、有唐氏综合症的男孩
2、有克兰费尔特氏(Klinefelter)综合症和每个核中有一个巴氏小
体的男性
3、有先天性卵巢发育(Turner)不全的女士
4、有猫叫综合性的男婴
5、有爱德华氏综合症的新生女婴
6、有帕韬氏综合症的男士
（2）.为了正确确认一个核型的染色体，带纹的识别是
必不可少的，检验图8.6A部分的染色体并数一些染色体，
以图8.6的B部分的核型为指南识别染色体。
五、结果分析：
（3）.熟悉人类染色体组中全部染色体的带型，跟据图
8.7显示的染色体照片准备一个核型，这是一幅有衍生染
色体的人的细胞照片，复制一份 “染色体研究报告”(见
付录), 将染色体贴在上面制备核型, 接着就你准备好的核
型回答下列问题。
a. 核型的染色体总数是多少？
b. 这个人是什么性别？
c. 是否有染色体不能与其它染色体配对？
d. 如果是，比较核型内这个染色体臂与其它染色体臂上的带：
这种比较能让你确定衍生染色体的来源吗？
e. 衍生染色体两臂上的带型与某条染色体的带型相似吗？
f. 你认为这个个体会患上特殊的综合状吗？如果会，使用标准
的术语描述，染色体的标记、性别、表型或综合症。
五、结果分析：
（4）.给所有同学提供一次机会，以便积累制备人类染
色体核型的经验，复制图8.8，8.9，810和8.11作为你制作
染色体核型的照片，复制一份“染色体研究”，并在上面
制备图中的任何一个核型，使用标准术语，对你制备好的
核型给出染色体标记，性别、表型或综合症的描述。