细胞遗传学
Cytogenetics
张 霞
2005年 09月
绪论
染色体的形态结构与遗传的关系
染色体的动态
染色体的功能
特殊类型的染色体
染色体的结构变异
染色体的数目变异
核型与生物进化
授课内容
? 染色体的形态
? 常染色质和异染色质
? 有丝分裂中期染色体的几种带型
? DNA的重复序列
第二章 染色体的形态结构及
与遗传的关系
1,染色体的着丝粒 /着丝点与性状的遗传有何关系?
2,为什么在细胞分裂间期、前期副缢痕总是与核仁相连？
细胞中核仁数目与具有 NOR染色体有何关系？在细胞
分裂后期又为何不见核仁？
3,端粒的研究是目前的一个研究热点，主要认为与寿命
有关，其主要论点说端粒的 DNA序列不能象其他 DNA一
样复制，请查阅资料谈你的看法。并从端粒的角度分
析多莉羊的寿命问题。
4,染色体的显带技术对于分子生物学的研究有何意义？
我们如何理解实验技术对理论研究的作用和意义？
思考题
第一节 染色体的形态
臂 arm
着丝粒 centrimere
次缢痕 secondary constriction
随体 satellite
短臂
长臂
着丝点 spindle fiber
attachment
主缢痕 primary
constriction
第一节 染色体的形态
一、着丝粒与着丝点和初缢痕
二,NOR和随体
三、染色粒和染色纽
四、端粒
一、着丝粒与着丝点和初缢痕
1,着丝粒与着丝点的区别
着丝粒（ centromere）
是染色体上染色很淡的缢缩
区，由一条染色体所复制的两个
染色单体在此部位相联系。含有
大量的异染色质和高度重复的
DNA序列。
着丝点（ kinetochore）
又称丝定粒，是染色体着丝粒中与纺锤丝相连
接的实际位置，微管蛋白的聚合中心。
纤维冠 (fibrouscorona)
外板 (outer plate)
中间间隙 (middle space)
内板 (inner plate)
染色质
2、染色体的形态分类
臂比值 长 / 短 后期形态 符号
中间着丝粒染色体 1,0 — 1,7, V, m
近中着丝粒染色体 1,71 — 3,0, L, sm
近端着丝粒染色体 3,01 — 7,0, 近 I, st
端着丝粒染色体 > 7,01, I, t
3、着丝粒分裂
（ 1）正常分裂
（ 2）横分裂或错分裂 (misdivision)
横
向
错
分
裂
等臂染色体（ isochromosome）
横
向
错
分
裂
1 2 3 4 5 6
1
缺失染色体
2
3
45
6 环状染色体
着丝粒的分裂
说明两个问题
? 着丝粒并不是一个不可分割的
整体,而是一个复合结构
? 着丝粒都具有完整的功能
4、分散型着丝粒 (diffuse centromere)
又称散漫型着丝粒 (holocentromere)
又称多着丝粒（ polycentromere）
某些生物中，染色体上着丝粒的位置不是
固定在一个特定的区域，而是整个染色体上都
有分布，或 2个或 2个以上，纺锤丝可以与染色
体上的许多点连接。
分散型着丝粒 (diffuse centromere)的特点
? 细胞分裂中期,与赤道板平行排列
? 细胞分裂后期,染色体平行地向两极移动
? X射线照射,染色体断裂,无论断片大小,
均能有规律地走向两极
5,,新着丝粒, (neocentromere)
-----又称异染色质染色纽 (knob)
1952年 M.M.Rhodes观察玉米减数分裂时发现
(1)偏分离现象的发现
玉米 10号染色体上的两对连锁基因
R—— 有色糊粉层基因
r—— 无色糊粉层基因
G—— 绿色株色基因
g—— 金黄色株色基因
杂交实验（理论预测）
G r / g R × g r / g r
G r / g r
g R / g r
G R / g r
g r / g r
亲组合 1:1
绿株，无色糊粉层
金黄色，有色糊粉层
绿株，有色糊粉层
金黄色，无色糊粉层重组合 1:1
杂交实验（实验结果）
G r / 1660（ 70.4 ）
g R / 699（ 29.6 ）
G R / 154（ 30.1 ）
g r / 358（ 69.9 ）
后
代
粒
数
（%
）
G r
g R
×
g r
g r
G r / 124（ 24.8 ）
g R / 376（ 75.2 ）
G R / 96（ 80.7 ）
g r / 23（ 19.3 ）
G r
g R
×
g r
g r
1952年 M.M.Rhodes观察玉米减数分裂时发现
(2)偏分离现象的细胞学证据
knob
Knob可将臂
提前移向两极
(3)偏分离现象发生的原因分析
理论上讲,Aa → Gm A:a = 1:1
G r / 1660（ 70.4 ）
g R / 699（ 29.6 ）
G R / 154（ 30.1 ）
g r / 358（ 69.9 ）
后
代
粒
数
（%
）
G r
g R
×
g r
g r
r
G r
g r >50%
实际上,Aa → Gm A:a ≠ 1:1
1.副缢痕、随体
二、副缢痕,NOR、随体
前期
中期
副缢痕
随体
2.核仁组织者（ NOR）
(1)由两部分组成,即副缢痕和异染色质纽
位于 NORs的 rDNA是
rRNA的信息来源 人间期细胞核仁组织区含有 rRNA基因的10个染色体袢环延伸进入并簇集在核仁
(2)合成核糖体 RNA(rRNA)
1.染色粒
三、染色粒 (chromomere)和染色纽 (knob)
★ 常染色质组成
★ 粗线期染色质聚集成
的颗粒
★ 染色粒的螺旋化程序
与 DNA的转录活性有关
2.染色纽
★ 结构异染色质组成
★ 遗传活性很低
★ 高度重复的 DNA序列
四、端粒 ( telomere)
★ 染色体的自然末端
★ 对染色体起封口作用
★ 由蛋白质和 DNA构成，
DNA在结构与功能上
与其他 DNA序列有明
显的差异
★ 维持染色体的稳定性
第二节 常染色质和异染色质
一、染色质 (chromatin)
二、常染色质 (euchromatin)
三、异染色质 (heterochromatin)
一、染色质 (chromatin)
概念,指间期细胞核内由 DNA、组蛋白、
非组蛋白及少量 RNA组成的线性复合结构,
是间期细胞遗传物质存在的形式
染
色
质
丝 染色质与染色体的比较
? 染色质与染色体具有
基本相同的化学组成，
但包装程度不同,构象
不同
? 染色质与染色体是在
细胞周期不同的功能
阶段可以相互转变的
的形态结构
人 X,Y chr
Euchromatin:
折叠压缩程度低
伸展状态
碱性染料染色时
着色浅
染色质的类型
间期核 (典型包装率 750倍 )
Heterochromatin:
折叠压缩程度高
聚缩状态
着色较深
? 构成染色体 DNA的主体
? 细胞分裂中,螺旋与解螺旋与细胞周期同步
? 单一序列 DNA 和中度重复序列 DNA
? 是孟德尔比率和各种遗传现象的基础
? 常染色质状态只是基因转录的必要条件
? DNA合成期发生在 S期的早、中期
二、常染色质 (euchromatin)的特点
?兼性异染色质 (facultative heterochromatin)
?结构异染色质（或组成型异染色质 ）
(constitutive heterochromatin)
三、异染色质 (heterochromatin)
1.结构异染色质或组成型异染色质
除复制期以外，在整个
细胞周期均处于聚缩状态
结构异染色质的特征
? 中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染
色体臂的某些节段
? 除复制期外，在整个细胞周期均处于聚缩状态（ 永久
性异染色质 ）
? 相对简单、高度重复的 DNA序列构成,如卫星 DNA（具
有较高的 A=T）
? 不表现孟德尔比率，并不是对遗传无影响
? 具有显著的遗传惰性,不转录也不编码蛋白质
? DNA合成期发生在 S期的后期，甚至在分裂期合成
结构异染色质的遗传惰性
2.兼性异染色质
? 在某些细胞类型或一定的发育阶段,原来的常染色
质聚缩,并丧失基因转录活性,变为异染色质
如 X染色体随机失活
? 异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径
X染色体随机失活
X染色体随机失活 —人的 barr小体
第三节 有丝分裂中期染色体的几种带型
一、核型与带型的概念
二、几种染色体带型及特点
三、原位杂交技术显带及应用
一、核型与带型的概念
异翅独尾草
阿尔泰独尾草
粗柄独尾草
大麦 (2n=14)核型
核型 (karyotype)
核型模式图 (idiogram)
带型又叫染色体分带 (chromosome banding)
经染色体显带技术处理所显示的染色体带纹类型
整个染色体上显带, Q带,G带, R带
染色体上局部显带, C带, N带, F带,T带, cd带
二、几种染色体带型及特点
1,C带 ---又称组成型异染色质带
Giemsa染料染色,
着丝粒带,端粒带
副缢痕带、中间带
染色体制片 变性处理：酸、碱或高温
复性处理,
柠檬酸盐缓冲液、
60?C保温、过夜
洋葱 (2n=16)C带
C
带
2,G带（ Giemsa band）
G带
染色体制片
预处理：
（碱 -盐溶液处
理或胰蛋白酶、
链霉蛋白酶）
Giemsa染色
大麦根尖染色体 G带
人的染色体 G带
G带特点
◆ 整个染色体上均有分布
◆ 显示带纹多而细
◆ 染色持久
◆ 深染带纹为 A=T多的异染色质区
3,N带 ---又称核仁形成区带
（ uncleolus organizer region band）
染色体制片
处理：三氯醋酸 -盐酸或 NaH2PO4
Giemsa染色
N带（深染区为核仁形成区）
普通小麦 N带
蚕豆根尖 Ag-NOR
4,T带 -----又称端粒带 （ telomeric）
染色体制片
染色
T带：带纹 -端粒部位
三、原位杂交技术显带及应用
1,原位杂交 (ISH)的概念
原位杂交 (In situ hybridization)就是利用
了核酸的碱基配对的原则,用已标记的核苷酸
分子作为探针,与另外一条已经变性的 DNA单链
进行杂交的技术
2,原位杂交的不同类型
? 荧光原位杂交技术 (FISH)
? 基因组原位杂交技术 (GISH)
? 染色体显带技术 ---原位杂交技术
? 染色体引物原位 DNA合成技术和原位 PCR技术
? 染色体涂色
果蝇 5S rRNA 定位
香焦 DNA序列在
染色体上的定位
3,原位杂交的操作过程
1) 制作用来进行原位杂交的染色体制片
2) RNA分子探针 (probe) 的制备
3) 对染色体 DNA进行变性（ denaturation）处理
4) 进行 DNA-RNA分子杂交
5) 洗脱错配或杂交的探针
6) 显影观察
4,原位杂交技术的应用
(1) 细胞遗传学方面的应用
? 检测染色体结构的变异
? 检测杂种细胞中的外源染色体
? 检测多倍体的染色体组来源
(2) 基因方面的应用 ? 基因扩增
? 基因作图
? 基因表达
? 基因定位
(3) 亲缘关系的确立
第四节 DNA重复序列
一,DNA重复序列问题的引出
二,DNA重复序列的主要类型和特点
三,DNA重复序列的研究意义
一,DNA重复序列问题的引出
动物名称 DNA 含量 (uug ) 2n
两栖鲵 168.0 24
蝾螈 100.0 38
牛 6.4 60
人 6.4 48
小鼠 5.0 40
果蝇 0.2 8
植 物名称 DNA 含量 (uug) 2n
贝 母 属 植物 1 96, 7 24
洋 葱 33, 5 16
蚕 豆 28, 0 12
黑 麦 18, 9 14
玉 米 11,0 2 0
巢 菜 4, 0 12
微生物名称 D N A 含量 (u ug ) n
酿酒酵母 0.0 26 15
大肠杆菌 0.0 04
人型枝原体 0.0 00 9
T
2
噬菌体 0.0 00 22
λ 噬菌体 0.0 00 05 5
二,DNA重复序列的主要类型和特点
? 卫星 DNA
? 微卫星 DNA
? 核糖体 RNA基因
? 5S核糖体 RNA基因
? 端粒重复序列
? 转座子散布重复序列
串联重复序列
三,DNA重复序列的研究意义
? 研究物种的系统发育和进化
? 染色体的确定
? 分子标记辅助选择和染色体操作
Cytogenetics
张 霞
2005年 09月
绪论
染色体的形态结构与遗传的关系
染色体的动态
染色体的功能
特殊类型的染色体
染色体的结构变异
染色体的数目变异
核型与生物进化
授课内容
? 染色体的形态
? 常染色质和异染色质
? 有丝分裂中期染色体的几种带型
? DNA的重复序列
第二章 染色体的形态结构及
与遗传的关系
1,染色体的着丝粒 /着丝点与性状的遗传有何关系?
2,为什么在细胞分裂间期、前期副缢痕总是与核仁相连？
细胞中核仁数目与具有 NOR染色体有何关系？在细胞
分裂后期又为何不见核仁？
3,端粒的研究是目前的一个研究热点，主要认为与寿命
有关，其主要论点说端粒的 DNA序列不能象其他 DNA一
样复制，请查阅资料谈你的看法。并从端粒的角度分
析多莉羊的寿命问题。
4,染色体的显带技术对于分子生物学的研究有何意义？
我们如何理解实验技术对理论研究的作用和意义？
思考题
第一节 染色体的形态
臂 arm
着丝粒 centrimere
次缢痕 secondary constriction
随体 satellite
短臂
长臂
着丝点 spindle fiber
attachment
主缢痕 primary
constriction
第一节 染色体的形态
一、着丝粒与着丝点和初缢痕
二,NOR和随体
三、染色粒和染色纽
四、端粒
一、着丝粒与着丝点和初缢痕
1,着丝粒与着丝点的区别
着丝粒（ centromere）
是染色体上染色很淡的缢缩
区，由一条染色体所复制的两个
染色单体在此部位相联系。含有
大量的异染色质和高度重复的
DNA序列。
着丝点（ kinetochore）
又称丝定粒，是染色体着丝粒中与纺锤丝相连
接的实际位置，微管蛋白的聚合中心。
纤维冠 (fibrouscorona)
外板 (outer plate)
中间间隙 (middle space)
内板 (inner plate)
染色质
2、染色体的形态分类
臂比值 长 / 短 后期形态 符号
中间着丝粒染色体 1,0 — 1,7, V, m
近中着丝粒染色体 1,71 — 3,0, L, sm
近端着丝粒染色体 3,01 — 7,0, 近 I, st
端着丝粒染色体 > 7,01, I, t
3、着丝粒分裂
（ 1）正常分裂
（ 2）横分裂或错分裂 (misdivision)
横
向
错
分
裂
等臂染色体（ isochromosome）
横
向
错
分
裂
1 2 3 4 5 6
1
缺失染色体
2
3
45
6 环状染色体
着丝粒的分裂
说明两个问题
? 着丝粒并不是一个不可分割的
整体,而是一个复合结构
? 着丝粒都具有完整的功能
4、分散型着丝粒 (diffuse centromere)
又称散漫型着丝粒 (holocentromere)
又称多着丝粒（ polycentromere）
某些生物中，染色体上着丝粒的位置不是
固定在一个特定的区域，而是整个染色体上都
有分布，或 2个或 2个以上，纺锤丝可以与染色
体上的许多点连接。
分散型着丝粒 (diffuse centromere)的特点
? 细胞分裂中期,与赤道板平行排列
? 细胞分裂后期,染色体平行地向两极移动
? X射线照射,染色体断裂,无论断片大小,
均能有规律地走向两极
5,,新着丝粒, (neocentromere)
-----又称异染色质染色纽 (knob)
1952年 M.M.Rhodes观察玉米减数分裂时发现
(1)偏分离现象的发现
玉米 10号染色体上的两对连锁基因
R—— 有色糊粉层基因
r—— 无色糊粉层基因
G—— 绿色株色基因
g—— 金黄色株色基因
杂交实验（理论预测）
G r / g R × g r / g r
G r / g r
g R / g r
G R / g r
g r / g r
亲组合 1:1
绿株，无色糊粉层
金黄色，有色糊粉层
绿株，有色糊粉层
金黄色，无色糊粉层重组合 1:1
杂交实验（实验结果）
G r / 1660（ 70.4 ）
g R / 699（ 29.6 ）
G R / 154（ 30.1 ）
g r / 358（ 69.9 ）
后
代
粒
数
（%
）
G r
g R
×
g r
g r
G r / 124（ 24.8 ）
g R / 376（ 75.2 ）
G R / 96（ 80.7 ）
g r / 23（ 19.3 ）
G r
g R
×
g r
g r
1952年 M.M.Rhodes观察玉米减数分裂时发现
(2)偏分离现象的细胞学证据
knob
Knob可将臂
提前移向两极
(3)偏分离现象发生的原因分析
理论上讲,Aa → Gm A:a = 1:1
G r / 1660（ 70.4 ）
g R / 699（ 29.6 ）
G R / 154（ 30.1 ）
g r / 358（ 69.9 ）
后
代
粒
数
（%
）
G r
g R
×
g r
g r
r
G r
g r >50%
实际上,Aa → Gm A:a ≠ 1:1
1.副缢痕、随体
二、副缢痕,NOR、随体
前期
中期
副缢痕
随体
2.核仁组织者（ NOR）
(1)由两部分组成,即副缢痕和异染色质纽
位于 NORs的 rDNA是
rRNA的信息来源 人间期细胞核仁组织区含有 rRNA基因的10个染色体袢环延伸进入并簇集在核仁
(2)合成核糖体 RNA(rRNA)
1.染色粒
三、染色粒 (chromomere)和染色纽 (knob)
★ 常染色质组成
★ 粗线期染色质聚集成
的颗粒
★ 染色粒的螺旋化程序
与 DNA的转录活性有关
2.染色纽
★ 结构异染色质组成
★ 遗传活性很低
★ 高度重复的 DNA序列
四、端粒 ( telomere)
★ 染色体的自然末端
★ 对染色体起封口作用
★ 由蛋白质和 DNA构成，
DNA在结构与功能上
与其他 DNA序列有明
显的差异
★ 维持染色体的稳定性
第二节 常染色质和异染色质
一、染色质 (chromatin)
二、常染色质 (euchromatin)
三、异染色质 (heterochromatin)
一、染色质 (chromatin)
概念,指间期细胞核内由 DNA、组蛋白、
非组蛋白及少量 RNA组成的线性复合结构,
是间期细胞遗传物质存在的形式
染
色
质
丝 染色质与染色体的比较
? 染色质与染色体具有
基本相同的化学组成，
但包装程度不同,构象
不同
? 染色质与染色体是在
细胞周期不同的功能
阶段可以相互转变的
的形态结构
人 X,Y chr
Euchromatin:
折叠压缩程度低
伸展状态
碱性染料染色时
着色浅
染色质的类型
间期核 (典型包装率 750倍 )
Heterochromatin:
折叠压缩程度高
聚缩状态
着色较深
? 构成染色体 DNA的主体
? 细胞分裂中,螺旋与解螺旋与细胞周期同步
? 单一序列 DNA 和中度重复序列 DNA
? 是孟德尔比率和各种遗传现象的基础
? 常染色质状态只是基因转录的必要条件
? DNA合成期发生在 S期的早、中期
二、常染色质 (euchromatin)的特点
?兼性异染色质 (facultative heterochromatin)
?结构异染色质（或组成型异染色质 ）
(constitutive heterochromatin)
三、异染色质 (heterochromatin)
1.结构异染色质或组成型异染色质
除复制期以外，在整个
细胞周期均处于聚缩状态
结构异染色质的特征
? 中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染
色体臂的某些节段
? 除复制期外，在整个细胞周期均处于聚缩状态（ 永久
性异染色质 ）
? 相对简单、高度重复的 DNA序列构成,如卫星 DNA（具
有较高的 A=T）
? 不表现孟德尔比率，并不是对遗传无影响
? 具有显著的遗传惰性,不转录也不编码蛋白质
? DNA合成期发生在 S期的后期，甚至在分裂期合成
结构异染色质的遗传惰性
2.兼性异染色质
? 在某些细胞类型或一定的发育阶段,原来的常染色
质聚缩,并丧失基因转录活性,变为异染色质
如 X染色体随机失活
? 异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径
X染色体随机失活
X染色体随机失活 —人的 barr小体
第三节 有丝分裂中期染色体的几种带型
一、核型与带型的概念
二、几种染色体带型及特点
三、原位杂交技术显带及应用
一、核型与带型的概念
异翅独尾草
阿尔泰独尾草
粗柄独尾草
大麦 (2n=14)核型
核型 (karyotype)
核型模式图 (idiogram)
带型又叫染色体分带 (chromosome banding)
经染色体显带技术处理所显示的染色体带纹类型
整个染色体上显带, Q带,G带, R带
染色体上局部显带, C带, N带, F带,T带, cd带
二、几种染色体带型及特点
1,C带 ---又称组成型异染色质带
Giemsa染料染色,
着丝粒带,端粒带
副缢痕带、中间带
染色体制片 变性处理：酸、碱或高温
复性处理,
柠檬酸盐缓冲液、
60?C保温、过夜
洋葱 (2n=16)C带
C
带
2,G带（ Giemsa band）
G带
染色体制片
预处理：
（碱 -盐溶液处
理或胰蛋白酶、
链霉蛋白酶）
Giemsa染色
大麦根尖染色体 G带
人的染色体 G带
G带特点
◆ 整个染色体上均有分布
◆ 显示带纹多而细
◆ 染色持久
◆ 深染带纹为 A=T多的异染色质区
3,N带 ---又称核仁形成区带
（ uncleolus organizer region band）
染色体制片
处理：三氯醋酸 -盐酸或 NaH2PO4
Giemsa染色
N带（深染区为核仁形成区）
普通小麦 N带
蚕豆根尖 Ag-NOR
4,T带 -----又称端粒带 （ telomeric）
染色体制片
染色
T带：带纹 -端粒部位
三、原位杂交技术显带及应用
1,原位杂交 (ISH)的概念
原位杂交 (In situ hybridization)就是利用
了核酸的碱基配对的原则,用已标记的核苷酸
分子作为探针,与另外一条已经变性的 DNA单链
进行杂交的技术
2,原位杂交的不同类型
? 荧光原位杂交技术 (FISH)
? 基因组原位杂交技术 (GISH)
? 染色体显带技术 ---原位杂交技术
? 染色体引物原位 DNA合成技术和原位 PCR技术
? 染色体涂色
果蝇 5S rRNA 定位
香焦 DNA序列在
染色体上的定位
3,原位杂交的操作过程
1) 制作用来进行原位杂交的染色体制片
2) RNA分子探针 (probe) 的制备
3) 对染色体 DNA进行变性（ denaturation）处理
4) 进行 DNA-RNA分子杂交
5) 洗脱错配或杂交的探针
6) 显影观察
4,原位杂交技术的应用
(1) 细胞遗传学方面的应用
? 检测染色体结构的变异
? 检测杂种细胞中的外源染色体
? 检测多倍体的染色体组来源
(2) 基因方面的应用 ? 基因扩增
? 基因作图
? 基因表达
? 基因定位
(3) 亲缘关系的确立
第四节 DNA重复序列
一,DNA重复序列问题的引出
二,DNA重复序列的主要类型和特点
三,DNA重复序列的研究意义
一,DNA重复序列问题的引出
动物名称 DNA 含量 (uug ) 2n
两栖鲵 168.0 24
蝾螈 100.0 38
牛 6.4 60
人 6.4 48
小鼠 5.0 40
果蝇 0.2 8
植 物名称 DNA 含量 (uug) 2n
贝 母 属 植物 1 96, 7 24
洋 葱 33, 5 16
蚕 豆 28, 0 12
黑 麦 18, 9 14
玉 米 11,0 2 0
巢 菜 4, 0 12
微生物名称 D N A 含量 (u ug ) n
酿酒酵母 0.0 26 15
大肠杆菌 0.0 04
人型枝原体 0.0 00 9
T
2
噬菌体 0.0 00 22
λ 噬菌体 0.0 00 05 5
二,DNA重复序列的主要类型和特点
? 卫星 DNA
? 微卫星 DNA
? 核糖体 RNA基因
? 5S核糖体 RNA基因
? 端粒重复序列
? 转座子散布重复序列
串联重复序列
三,DNA重复序列的研究意义
? 研究物种的系统发育和进化
? 染色体的确定
? 分子标记辅助选择和染色体操作
