人类染色体

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1、1 人类染色体 human chromosome 2 第一节 人类染色体的基本特征 第二节 染色体分组、核型与显带技术 一、染色质和染色体 （一） 染色质 1、常染色质与异染色质 2、性染色质 (二）染色体 二、人类染色体的数目、结构和形态 （一） 人类染色体的结构 (二） 人类染色体的形态 三、性别决定及性染色体 一、染色体的研究方法 （一）染色体标本的制作 （二）染色体显带 二、 染色体分组、核型 3 第一节 人类染色体的基本特征 染色质和染色体实质上是同一物质在不同细胞 周期、执行不同生理功能时不同的存在形式。 一、染色质和染色体 4 （一）染色质 （ chromatin） 定义 ：间期

2、细胞核中伸展开的 DNA蛋白质纤维。 分类： 常染色质（ euchromatin） 异染色质（ heterochromatin） 5 常染色质 (euchromatin)： 细胞间期核内纤维 折叠盘曲程度小 ， 分散度大 ， 染色较 浅且具有转录活性的染色质 。 异染色质 (heterochromatin)： 细胞间期核内 纤维折叠盘曲紧密 ， 呈凝集状态 ， 染 色较深且没有转录活性的染色质 。 1、常染色质与异染色质 6 7 常染色质与异染色质的特性比较 特征 常染色质 异染色质 数量和分布 一般占染色体的极大部分 一般占染色体的少部分 ,位于着 丝粒区 、 端粒 、 核仁形成区 ， 染

3、色体的中间 、 末端及整个染色体 臂 染色反应 正常染色反应 特有染色反应 DNA 复制 正常复制 晚复制 凝缩程度 折叠疏松 折叠紧密 固缩行为 间期解螺旋 ， 分裂时形成螺 旋 ， 分裂中期达到高峰 异固缩 组成特性 含单一和重复序列 ， 能进行 转录 结构异染色质含重复和非重复 DNA， 不能转录；功能异染色质 含有活动基因 ， 有转录活性 化学性质 无差别 无差别 8 异染色质的分类 结构异染色质： 在各类细胞的全部发育过程 中都处于凝缩状态的染色质 。 大多位于着丝粒区和端粒区 ， 不具有转录活性 。 兼性异染色质： 是指在特定细胞的某一发育 阶段所具有的凝缩状态的染 色质 。 9

4、2、性染色质（ sex chromatin） X染色质 （ X chromatin） Y染色质 （ Y chromatin） 10 1） X染色质（ X chromatin） Barr于 1949年在雌性猫的神经细胞核 的核膜内缘发现一直径约 1um的平凸性的 深染小体，并命名为 Barr小体。 Barr小体雌性哺乳动物上皮细胞中 普遍存在。 Barr小体又名 X染色质。 11 X chromatin 、 X body、 Barr body 12 Lyon假说 (Lyon hypothesis) 要点 ： 1、在哺乳动物（包括人类）的正常雌性间期细胞，两 条 X染色体中的一条是遗传上失活的，形

5、成 X染色质； 2、失活发生在胚胎发育早期（人类晚期囊胚期）； 3、 X染色体的失活是随机的； 4、失活是不完全的； 5、失活是永久的和克隆式繁殖的。 13 14 男性 46,XY，间期细胞核中只有一条具有转录活性的 X 染色体，所以一般看不到 X染色质（发现的比率小于 5 ）。 女性 46,XX，间期细胞核中发现 X染色质的比率大于 80 。 48,XXXX的个体，一个细胞核中可能见到的 X染色质的 数目为 4 1 3个。 47,XXY的个体，一个细胞核中可能见到的 X染色质的 数目为 2 1 1个。 15 X染色质 A、 B、 C、 D、 E：分别为含 0、 1、 2、 3、 4个 X染色

6、质 16 人类 X染色体上约有 1/3的基因可能逃避完全失活 17 2） Y染色质 男性的细胞核中有一条 Y染色体，当用荧光染 料如盐酸喹丫因（ QH）染色后，在中期分裂 相中可以看到 Y染色体长臂（ Yq12）发出强荧 光。间期的细胞核用 QH染色也可看到一个直 径约 0.3um的强荧光小体，可能这代表 Y染色体 长臂的一部分，称之为荧光小体（ F body）或 Y染色质（ Y chromatin）。 18 Y染色质 19 (二）染色体 染色质 由无数个重复的 核小体 亚单位（ nucleosome）构 成 20 核小体成串如念珠状就是染色质的基本结构 21 核小体是 4种组蛋 白（ H2A

7、、 H2B、 H3、 H4各 2个分 子）组成的八聚 体核心表面围以 长约 146bp的 DNA双螺旋所构 成的 组蛋白 H1位于相 邻的两个核小体 的连接区 DNA表 面 22 23 从 DNA到染色体水平的压缩过程 24 二、人类染色体的数目、结构和形态 （ 一 ） 人类染色体的数目 染色体组 （ chromosome set) 一个正常生殖细胞 （ 配 子 ） 中所含的全套染色体称为一个染色体组 基因组 （ genome） 一个染色体组所含的全部基因 25 中期染色体的形态特征 （二）人类染色体的结构、形态 26 染色体 (chromosome) 染色单体 (chromatid) 着丝粒

8、 (centromere) 短臂 (p) & 长臂 (q) 端粒 (telomere) 1、 人类染色体的结构 染 色 单 体 长臂 （ q） 短臂 （ p） 端粒 (Te) 着丝粒 （ Cen ） 27 随体 (satellite) 次缢痕 (secondary constriction) 核仁形成区或核仁组织者区 （ nucleolus organizing region， NOR） 28 根据染色体着丝粒的位置可将染色体分为 4种类型 中着丝粒染色体 （ metacentric chromosome） 亚中着丝粒染色体（ submetacentric chromosome） 近端着丝粒染

9、色体 （ acrocentric chromosome） 端着丝粒染色体 （ telocentric chromosome） 2、 人类染色体的形态 29 人类染色体的 3种类型图解 30 中央着丝粒 (1, 3, 16, 19, 20) 亚中央着丝粒 (2, 4-12, 17, 18, X) 近端着丝粒 (13, 14, 15, 21, 22, Y) 31 三、性别决定及性染色体 常染色体（ autosome） 性染色体（ sex chromosome） 32 Two sex chromosomes of different sizes, X is larger Females are XX

10、, males are XY Males determine the sex of the offspring 33 性染色体 34 第二节 染色体分组、核型与显带技术 35 一、染色体的研究方法 （一）染色体标本的制作 （二）染色体显带 36 （一）人类染色体标本制作 以外周血淋巴细胞为例 外周血 淋巴细胞培养（ 1640、小牛血清、植物凝 集素 PHA等） 秋水仙素处理 细胞低渗 处理 细胞预固定和固定处理 标本制作和 标本空气干燥 烤片 胰蛋白酶显带 Giemsa染色 标本分析 显微照相 核型照片 核型分析 37 （二）染色体显带（ chromosome banding） 在非显带染色体

11、的基础上发展起来的，它 能显示染色体本身更细微的结构，有助于准确 的识别每一条染色体及诊断染色体异常疾病。 显带染色体是染色体标本经过一定程序处 理，并用特定染料染色，使染色体沿其长轴显 现明暗或深浅相间的横行带纹，称为染色体带。 38 人类染色体显带技术 Q显带 （ Q banding） G显带 （ G banding） R显带 （ R banding） T显带 （ T banding） C显带 （ C banding） N显带 （ N banding） 高分辩染色体显带技术 39 1、 Q带 氮芥喹丫因 （ QM）， 显整条染色 体 缺点 :条纹带 界限不清， 很快消失无 法长久保存， 只

12、能以照片 保存下来。 40 2、 G带： 胰酶 Giemsa， 显整条染色体 带型 G（ 322-410 bands） Q G 缺点： 稳定性和重复性 较差 41 3、 R带 Giemsa染色， 显整条染色 体。与 G带带 型相反 （ reverse bands） 42 4、 C带： NaOH +Giemsa ， Y染色体 着丝粒 副缢痕 43 44 5、 T带： 热处理 +Giemsa， 染色体末端结构异常 45 6、 N带： AgNO3 Giemsa, NOR 46 7、 高分辨显带 (high resolution banding) 47 人类 G显带染色体模式图 48 染色体带型 49

13、 染色体带型 50 Denver体制确定正常人核型 (karyotype) 的基本特点 ， 是识别和分析人类染色体和各类 染色体畸变的基础 。 丹佛体制 51 丹佛体制 Denver体制将人类体细胞的 46条染色体按 其相对长度和着丝粒位置分为 23对 ， 7个组 (A G 组 ) 。 其中 22 对为男女共有 ， 称 常染色体 (autosome)， 以其长度递减和着丝粒位置依次编 为 1 22号；另一对与性别形成有关 ， 随性别而 异 ， 称为 性染色体 (sex chromosome)。 XX代表 女性 ， XY代表男性 。 52 人类染色体命名国际体制 概念 ： 界标（ landmar

14、k）、区（ region）、 带（ band） 53 术语： 界标（ landmark):划分染色体区域的特征性标志，具 有显著、恒定等特点，如着丝粒、端粒、一些明显得 带纹等均可作为界标。 区（ region）： 两个相邻界标之间的染色体区域。自 着丝粒向两端编号。 带（ band）： 染色体上深色和浅色的部分均为带，带 是连续的，染色体上无非带区。在每一区内均独立编 号，且遵循自靠近着丝粒的一端为起点端。 54 显带染色体的界标、区和带示意图 55 界标 Xp Xq 区 带 1 1 2 2 1 2 3 4 5 6 7 8 Xq28 56 描述规则： 描述一特定带时需要写明以下 4个内容：

15、染色体序号；臂的符号；区的序号；带的序号 染色体号 /臂名 /区号 /带号 /./亚带号 例子： 7q31： 7号染色体长臂 3区 1带 1p31.3： 1号染色体短臂 3区 1带第 3亚带 1p31.32： 57 核型分析中常用的符号和术语 符号术语 意 义 符号术语 意 义 A-G 染色体组的名称 1-22 常染色体序号 从 到 +或 - 在染色体和组号前表示染色体或组内染色 体增加或减少；在染色体臂或结构后面 ， 表示这个臂或结构的增加或减少 / 表示嵌合体 ？ 染色体分类或情况不明 ： 断裂 ： 断裂与重接 ace 无着丝粒断片 （ 见 f） cen 着丝粒 chi 异源嵌合体 chr

16、 染色体 ct 染色单体 del 缺失 der 衍生染色体 dic 双着丝粒 dir 正位 dis 远侧 dmin 双微体 dup 重复 e 交换 end （ 核 ） 内复制 f 断片 fem 女性 58 fra 脆性部位 g 裂隙 h 副缢痕 i 等臂染色体 ins 插入 inv 倒位 mal 男性 mar 标记染色体 mat 母源的 min 微小体 mn 众数 mos 嵌合体 p 短臂 pat 父源的 ph 费城染色体 pro 近侧 psu 假 q 长臂 qr 四射体 r 环状染色体 rcp 相互易位 rea 重排 rac 重组染色体 rob 罗伯逊易位 s 随体 tan 串联易位 ter

17、 末端 tr 三射体 tri 三着丝粒 var 可变区 核型分析中常用的符号和术语 59 人类 1号染色体高分辨带及其与分子标志的关系 60 染色体核型 染色体分组 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G七组 核型 （ karyotype） 一个体细胞中的全部染色体，按 其大小、形态特征顺序排列所构成的图像 将待测细胞的核型进行染色体数目 、 形态特征的分析 ， 确定其是否与正常核型完全一致 ， 称为 核型分析 （ karyotype analysis） 。 核型表达式： 正常男性： 46， XY 正常女性： 46， XX 先天愚型： 47， XY， 21 61 核型分析 62 人类染色体分组

18、及形态特征 组号 染色体号 形态大小 着丝粒位置 随体 副缢痕 A 1 3 最大 中央着丝粒 (1,3) 无 1号常见 亚中央着丝粒 (2) B 4、 5 次大 亚中央着丝粒 无 C 6 12, X 中等 亚中央着丝粒 无 9号常见 D 13 15 中等 近端着丝粒 有 E 16 18 小 中央着丝粒 无 16号常见 亚中央着丝粒 F 19、 20 次小 中央着丝粒 无 G 21、 22、 Y 最小 近端着丝粒 21, 22有 Y无 63 人类染色体非显带核型图 人类染色体非显带核型 64 人类染色体显带核型 1968年瑞典细胞化学家 Caspersson等应用荧光染料氮芥喹 吖因（ quin

19、acrine mustard， QM）处理染色体后，在荧光显 微镜下可观察到染色体沿其长轴显示出一条条宽窄和亮度不 同的横纹。 带型 (banding pattern)： 应用显带技术，将人类 24种染色体显示出 的各自特异的带纹 。 65 在正常健康人群中 ， 存在着各种染色体的恒定的微 小变异 ， 包括结构 、 带纹宽窄和着色强度等 。 这类 恒定而微小的变异是按照孟德尔方式遗传的 ， 通常 没有明显的表型效应或病理学意义 ， 称为 染色体多 态性 （ chromosomal polymorphism） 。 人类染色体的多态性 （ chromosomal polymorphism） 66

20、多态性常见部位： Y染色体的长度变异； D组 、 G组近端着丝粒染色体的短臂 、 随体及随体柄部次缢痕区 （ NOR） 的变 异 ； 第 1、 9和 16号染色体次缢痕的变 异 67 Y染色体 多态 随体多态 68 1、 1888年， Waldeyer 率先启用染色体一词。 2、 1923年， T.Painter 发表论文，声称人类体细胞中的染 色体为 48条，并沿用数十年。 3、 1954年左右，徐道觉等发现低渗法，并发现人类体细 胞内的染色体为 46条，但未公布。 4、 1956年， Tjio（蒋友兴）和 Leven.A（欧文）正式确定 人类的染色体为 46条 。 69 1956，蒋有兴 (Jo Hin Tjio)及列文 (Albert Levan)