染色体结构与结构变异

总论

• 在一个自然的物种的细胞核中的染色体中，把大小、形态相同的染色体看成一组，从每一组中任取一条染色体，它们构成的集合称为一个染色体组。（性染色体视为一组）
• 从一个物种的细胞的细胞核中能取出多少个完整染色体组，称该细胞是多少倍体。
• 多数动物是二倍体，很多植物是多于二倍体，如小麦为六倍体。
• 两个物种杂交时，亲本细胞中的每组染色体仍视为独立的一组染色体。
• 染色体数目、倍数正常的细胞，称为整倍体（Euploid）。

染色体染色

• 最早的染色体染色方法：Feulgen染色法（紫色）、醋酸洋红染色法（深红色），都不能区分染色体的形态。
• 后来的染色体染色方法：Quinacrine染色法、Giemsa染色法，可区分染色体的形态。
• Quinacrine和Giemsa均可在染色体上形成特征性的的亮暗条纹。（分别称为Q显带、G显带）
• Quinacrine染色须在紫外线下观察。
• 现代的染色体染色方法：染色体涂色（Chromosome Painting）。
• 染色体涂色法：将特定带有荧光标记的DNA片段与染色体混合，一定条件下它能与染色体杂交。通过控制DNA片段的序列，即可使之只与特定染色体杂交，从而区分染色体形态。
• 根据染色显带，我们将染色体划分为多个区。（图1）
  • 每个区有一个固定编号。
  • 第一位表示区所在的臂，短臂上的区记为p，长臂上的区记为q。
  • 后几位表示区的位置，最靠近着丝粒的区，第二位为1。
  • 第二位后的每一位数字都是对前一位所表示的区的细分。
  • 第二位和第三位数字间有点号。

多倍体（Polyploid）

• 细胞中染色体组数超出自然的物种中的数目，称为多倍体。
• 多倍体细胞中，基因比例平衡得到维持。
• 每个染色体组来自同一物种的多倍体，称为同源多倍体（Autopolyploid）。
• 染色体组来自不同物种的多倍体，称为异源多倍体（Allopolyploid）。
• 一种大小、形态的染色体数目为3时，减数分裂联会时既可其中2条联会，也可3条一起联会；分离时也既可其中2条走向一极（可能性较大），也可3条都走向一极。
• 由上述现象，同源多倍体一般为不孕不育的，但植物可以行营养生殖或孤雌生殖。
• 异源多倍体，来自每个物种的染色体组数均为2时，一般可育。
• 果蝇幼虫唾液腺（下简称“果腺”）的染色体反复复制，但不伴随细胞分裂或姐妹染色单体分离，形成约500个染色单体组成的多线染色体（Polytene）。
• 果腺的细胞始终处于细胞周期的间期。
• 果腺的细胞中有染色体联会现象。
• 果腺的所有染色体的着丝粒聚集在一起，组成染色中心（Chromocenter）。
• 果腺染色体光学显微镜下可见。
• 人的肝细胞、肾细胞有部分细胞是四倍体，染色体复制一次，有姐妹染色单体分离，无细胞分裂。
• 果腺和人的肝、肾细胞的多倍体形成过程称为核内有丝分裂（Endomitosis）。

非整倍体（Aneuploidy）

• 细胞内的染色体不能恰好组成若干个染色体组，称为非整倍体。
• 非整倍体包括某一形态的染色体数目增多或减少。
• 非整倍体细胞中，基因比例平衡被打破。
• 人类的常见非整倍体疾病：
  1. +21（47）：唐氏综合征，手短而宽，有掌皱，身材矮小，关节异常灵活，智障，头宽脸圆，嘴大舌长，内吡赘皮。
  2. +13（47）：帕陶氏综合征，智障，耳聋，抽筋，唇裂或腭裂，先天性心脏病，脚后跟突出。
  3. +18（47）：爱德华综合征，器官畸形，又矮又胖，耳朵畸形，下颚靠后，嘴小鼻小，像小矮人，智障，马蹄形肾，胸片较短，新生儿死亡率极高。
  4. X（45，女性）：Turner综合征，性发育较慢，不孕，身材矮小，颈部皮肤厚，先天性心脏病，听力较差。
     • 缺少的性染色体可能是受精后部分细胞丢失的，此时患者只有部分区域呈现Turner综合征。
  5. XXY（47，男性）：Klinefelter综合征，睾丸较小，生育能力差，有乳房，声调像女性，内翻膝，胳膊较长。
  6. XXXY（48）、XXYY（48）、XXXXY（49）、XXXXXY（50）：其它能存活的男性性染色体非整倍体。
  7. XXX（47，女性）：生育能力降低，轻微智障。

染色体结构变异

倒位（Inversion）

• 倒位分为跨过着丝粒（Pericentric）型和不跨过着丝粒（Paracentric）型。
• 跨过着丝粒型会改变两条臂的长度，因而更容易观察。
• 减数分裂中，若一对同源染色体中一条有倒位，则联会时其中任意一条形成环状结构（称为倒位环），另一条形成假环，与之联会。（图4）
• 倒位环边缘部位容易分开。

易位（Translocation）

• 最常见的易位是相互易位（Reciprocal Translocation），即两条非同源染色体上的片段相互交换，无片段丢失。
• 减数分裂中，发生相互易位的一对染色体形成十字架状结构。（图5）
• 姐妹染色单体分离时，十字架状结构有三种分离方式，只有一种能维持基因比例平衡。（图6）

复合染色体（Compound Translocation）

• 两个同源染色体或同源的片段可以融合，形成一条染色体，称为复合染色体。
• 最早发现的复合染色体：果蝇的两条X染色体可以融合在一起。
• 上述果蝇产生卵子时，一类有一条复合染色体，另一类无性染色体。
• 上述果蝇与正常果蝇交配产生的后代只有一半能存活，只有1/4性染色体正常。（图7）
• 非同源染色体也可能融合，如人的2号染色体是猿类的2条染色体短臂融合形成。

罗伯特易位（Robertsonian Translocation）

• 两条非同源染色体可在着丝粒处融合，此现象伴随一小段片段丢失。（图8）
• 上述融合现象称为罗伯特易位。