第九章 人类染色体 染色体（chromosome）是遗传物质(基因)的载体。它由DNA和蛋白质等构成，具有储存和传递遗传信息的作用。真核细胞的基因大部分存在于细胞核内的染色体上，通过细胞分裂，基因随着染色体的传递而传递，从母细胞传给子细胞、从亲代传给子代。各种不同生物的染色体数目、形态、大小各具特征。而在同一物种中，染色体的形态、数目是恒定的。 Mammalian chromosomes have two biological functions  To perpetuate the hereditary material during development of an individual. By replicating and ensuring that duplicated equally between daughter cells during mitotic cell division, they perpetuate the DNA within the cells of an individual during development, growth and cell turnover. To shuffle the hereditary material between successive generations. This is achieved by meiotic mechanisms entailing independent assortment of and recombination between parental homologs.   对人类染色体的研究已有较长的历史，1888年德国解剖学家Waldeyer根据细胞有丝分裂和生殖细胞减数分裂观察到的现象，提出了染色体这一名词。但由于人类染色体数目较多，且由于技术和方法的限制，使染色体的研究受到一定的限制；直到1956年，Tjio和Leven的实验才确证了人类体细胞的染色体数目为46。此后，染色体技术很快被应用于临床。1959年Lejeune对三例先天愚型或称Down综合征患儿进行了染色体检查，发现患者比正常人多了一条第21号染色体，从而确诊了第一例染色体病；1960年又发现了慢性粒细胞性白血病患者的Ph小体；1968年，Q显带技术问世，并相继出现了各种染色体显带技术，提高了染色体分析的精确性，发现了一些过去所不能发现的染色体结构异常；1976年高分辨显带技术的出现，加速了染色体研究的步伐。80年代末分子生物学研究迅速发展，并与细胞遗传学结合，出现了分子细胞遗传学这一新的研究领域。分子细胞遗传学是综合利用细胞遗传学和分子遗传学技术或结合其它某种技术以解决单独应用细胞遗传学技术无法解决的染色体异常或变异。目前可以从检测单个碱基突变至10kb DNA的缺失，扩大到检测更大的DNA缺失，细胞遗传学高分辨显带技术则可以鉴别亚带、次亚带甚至更小的带纹缺失。 第一节 人类染色体的基本特征 一、染色质和染色体 染色质（chromatin）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。在细胞从间期到分裂期过程中，染色质通过螺旋化凝缩（condensation）成为染色体，而在细胞从分裂期到间期过程中，染色体又解螺旋舒展成为染色质。 （一）染色质 染色质是间期细胞核中伸展开的DNA蛋白质纤维。间期细胞核的染色质可根据其所含核蛋白分子螺旋化程度以及功能状态的不同，分为常染色质（euchromatin）和异染色质（heterochromatin）两类。 1．常染色质和异染色质 常染色质在细胞间期螺旋化程度低，呈松散状，染色较浅而均匀，含有单一或重复序列的DNA，具有转录活性，常位于间期细胞核的中央部位。异染色质在细胞间期螺旋化程度较高，呈凝集状态，而且染色较深，多分布在核膜内表面，其DNA复制较晚，含有重复DNA序列，很少进行转录或无转录活性，为间期核中不活跃的染色质。异染色质通常具有三个特点：①在细胞间期处于凝缩状态；②是遗传惰性区，只含有不表达的基因；③复制时间晚于其它染色质区域。异染色质又分为两种：一种称为专性异染色质或称结构异染色质（constitutive heterochromatin），结构异染色质是异染色质的主要类型，这类异染色质在各种细胞中总是处于凝缩状态, 一般为高度重复的DNA序列，没有转录活性，常见于染色体的着丝粒区、端粒区、次溢痕，以及Y染色体长臂远端2/3区段等；另一种叫兼性异染色质（facultative heterochromatin），也叫功能异染色质，这类染色质是在特定细胞或在一定发育阶段由常染色质凝缩转变而形成的。在浓缩时，基因失去了活性，无转录功能；当其处于松散状态时，又能够转变为常染色质，恢复其转录活性。如X染色质就是一种兼性异染色质（表9-1）。 表9-1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（正、负异固缩）  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   2．性染色质 性染色质（sex chromatin）是X和Y（染色体）在间期细胞核中的显示出来的一种特殊结构。包括X染色质（X chromatin）和Y染色质（Y chromatin）。 （1）X染色质：1949年Barr等人在雌猫神经元细胞核中发现一种浓缩小体，在雄猫中则见不到这一结构。进一步研究发现，除猫以外，其它雌性哺乳类动物（包括人类）也同样有这种显示性别差异的结构。而且不仅是神经元细胞，在其它细胞的间期核中也可以见到这一结构。称之为性染色质，也称X染色质（图9-1）。 图9-1 X染色质　A、B、C、D、E：分别为含0、1、2、3、4、5个X染色质 正常女性的间期细胞核中紧贴核膜内缘有一个染色较深，大小约为1(m的椭圆形小体，即X染色质。正常男性则没有X染色质。为什么正常男女性之间的X染色质存在差异？女性两个X染色体上的每个基因的两个等位基因所形成的产物，为什么不比只有一个X染色体半合子的男性的相应基因产物多？为什么某一X连锁的突变基因纯合女性的病情并不比半合子的男性严重？1961年，Mary Lyon提出了X染色体失活的假说（Lyon假说）对这些问题进行了解释。Lyon同时也注意到间期核内X染色质数目总是比X染色体数目少1，即XX者有1个X染色质，XXX者有2个X染色质。因此，两个X染色体中有1个X染色体是异固缩的，并且是迟复制的。在细胞代谢中，异固缩的X染色体没有活性，只有1个X染色体有活性。在异常细胞中具有的额外X染色体也无活性。对于正常男性，单个的X染色体不发生异固缩，而且任何时候都是有活性的，故无X染色质。 Lyon假说的要点如下：①失活发生在胚胎发育早期（人类晚期囊胚期）；②X染色体的失活是随机的，异固缩的X染色体可以来自父亲也可以来自母亲；③失活是完全的，雌性哺乳动物体细胞内仅有一条X染色体是有活性的。另一条X染色体在遗传上是失活的；④失活是永久的和克隆式繁殖的。一旦某一特定的细胞内的X染色体失活，那么由此细胞而增殖的所有子代细胞也总是这一个X染色体失活。如果是父源的X染色体失活，则其子细胞中失活的X染色体也是父源的，所有这个细胞的子代细胞中都将表达有活性的母源X染色体。因此，失活是随机的，但却是恒定的。 Lyon hypothesis  1.X inactivation occurs early in embryonic life(late blastocyst stage in human); 2.the inactivation is random; 3.X inactivation is complete, in that virtually all of the X inactivationis inactivated; 4.X-chromosome inactivation is permanent and clonally propagated; that is, if the paternally derived X chromosome is inactivated in a given cell, all of the progeny of that cell will express an active maternally derived X whereas the paternally derived X remains inactive. The result of lyouization is that the female is a mosaic of cells. Each functionally hemizygous for one or the other X chromosome.   需要指出的是，虽然X染色体失活通常是随机的，但结构异常的X染色体，如有缺失的X染色体是优先失活的；另一方面，在X染色体平衡易位携带者个体中，通常是正常的X染色体优先失活。另外值得注意的是，虽然X失活是广泛的，但并不是完全的，失活的X染色体上基因并非都失去了活性，有一部分基因仍保持一定活性。据估计，人类X染色体上约有1/3的基因可能逃避完全失活（图9-2）。因此X染色体数目异常的个体在表型上有别于正常个体，出现多种异常临床症状。如47，XXY的个体不同于46，XY的个体；47，XXX的个体不同于46，XX的个体，而且X染色体越多时，表型的异常更严重。 图9-2逃避失活基因 （2）Y染色质：正常男性的间期细胞用荧光染料染色后，在细胞核内可出现一强荧光小体，直径为0.3(m左右，称为Y染色质（图9-3）。Y染色体长臂远端部分为异染色质，可被荧光染料染色后发出荧光。这是男性细胞中特有的，女性细胞中不存在。细胞中Y染色质的数目与Y染色体的数目相同。如核型为47，XYY的个体，细胞核中有两个Y染色质。 图9-3 Y染色质 （二）染色体 染色质由无数个重复的核小体亚单位（nucleosome）构成的。核小体是4种组蛋白（H2A、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，此时DNA分子被压缩了6倍。组蛋白H1位于相邻的两个核小体的连接区DNA表面，核小体进一步折叠或卷曲产生1/40倍压缩的30nm纤维状结构，相当于基本染色质丝。染色质丝进一步螺旋化，形成环状结构，这些环的基部附着于非组蛋白构成的“支架”上。这种纤维的直径约为240nm，它可能是间期染色体的最终包装水平，称为染色单体丝。染色体包装的最后阶段发生在细胞进入有丝分裂或减数分裂时。染色单体丝通过围绕中心轴螺旋缠绕和向染色体中心方向的压缩作用形成染色体。至此，几厘米长的DNA成为了几微米长的染色体，其长度约为原来的万分之一（图9-4）。这种有效的包装方式，使细胞在分裂过程中能够把携带遗传信息的DNA从染色体形式平均分配给子细胞。 图 9-4 从DNA到染色体水平的压缩过程 二、人类染色体的数目、结构和形态 （一）人类染色体的数目 生物的不同物种其染色体数目各不相同，而同一物种的染色体数目是相对恒定的。例如，果蝇的染色体数目为6，小鼠染色体数为40。染色体数目的恒定对维持物种的稳定性具有重要意义，染色体数目也是物种鉴定的重要标志之一。 在真核生物中，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，其上所包含的全部基因称为一个基因组（genome）。具有一个染色体组的细胞称为单倍体（haploid），以n表示；具有两个染色体组的细胞称为二倍体（diploid），以2n表示。人类正常体细胞染色体数目是46，即2n=46条，正常性细胞（精子或卵子）中染色体数为23条，即n=23条。 （二）人类染色体的结构、形态 在细胞增殖周期中的不同时期，染色体的形态结构不断地变化着。在有丝分裂中期的染色体的形态是最典型的，可以在光学显微镜下观察，常用于染色体研究和临床上染色体病的诊断。 每一中期染色体都具有两条染色单体（chromatid），互称为姐妹染色单体，它们各含有一条DNA双螺旋链。两条单体之间由着丝粒（centromere）相连接，着丝粒处凹陷缩窄，称初级缢痕（primary constriction）。着丝粒是纺锤体附着的部位，在细胞分裂中与染色体的运动密切相关，失去着丝粒的染色体片段通常不能在分裂后期向两极移动而丢失。着丝粒将染色体划分为短臂（p）和长臂（q）两部分。在短臂和长臂的末端分别有一特化部位称为端粒（telomere）。端粒起着维持染色体形态结构的稳定性和完整性的作用。在某些染色体的长、短臂上还可见凹陷缩窄的部分，称为次级缢痕（secondary constriction）。人类近端着丝粒染色体的短臂末端有一球状结构，称为随体（satellite）。随体柄部为缩窄的次级缢痕。次级缢痕与核仁的形成有关，称为核仁形成区或核仁组织者区（nucleolus organizing region，NOR）（图9-5）。核仁组织者区含有核糖体RNA基因18S和28S的rDNA，其主要功能是转录rRNA，参与核糖体大亚基前体的合成。 图9-5 中期染色体的形态特征 染色体上的着丝粒位置是恒定不变的，根据染色体着丝粒的位置可将染色体分为4种类型：①中着丝粒染色体（metacentric chromosome），着丝粒位于或靠近染色体中央。若将染色体全长分为8等份，则着丝粒位于染色体纵轴的1/2～5/8之间，着丝粒将染色体分为长短相近的两个臂；②亚中着丝粒染色体（submetacentric chromosome），着丝粒位于染色体纵轴的5/8～7/8之间，着丝粒将染色体分为长短不同的两个臂；③近端着丝粒染色体（acrocentric chromosome），着丝粒靠近一端，位于染色体纵轴的7/8～末端之间，短臂很短；④端着丝粒染色体（telocentric chromosome），着丝粒位于染色体的末端，没有短臂。人类染色体只有前三种类型，即中着丝粒染色体、亚中着丝粒染色体和近端着丝粒染色体三种（图9-6）。 图9-6 染色体的3种类型图解 三、性别决定及性染色体 人类性别是由细胞中的性染色体所决定的。在人类的体细胞中有23对染色体，其中22对染色体与性别无直接关系，称为常染色体（autosome）。常染色体中的每对同源染色体的形态、结构和大小都基本相同；而另外一对与性别的决定有明显而直接关系的染色体，X染色体和Y染色体，称为性染色体（sex chromosome）。两个性染色体的形态、结构和大小都有明显的差别。X染色体的长度介于C组第6号和第7号染色体之间，而Y染色体的大小与G组第21号和22号染色体相当。男性的性染色体组成为XY，而在女性细胞中的性染色体组成为XX，即男性为异型性染色体，女性为同型性染色体。这种性别决定方式为XY型性别决定。因此，在配子发生时，男性可以产生两种精子，含有X染色体的X型精子和含有Y染色体的Y型精子，两种精子的数目相等；而女性则由于细胞中有两条相同的X染色体，因此，只能形成一种含有X染色体的卵子。受精时，X型精子与卵子结合，形成性染色体组成为XX的受精卵，将来发育成为女性；而Y型精子与卵子结合则形成性染色体组成为XY 的受精卵，发育成为男性。所以人类的性别使精子和卵子在受精的瞬间决定的，确切地说是由精子决定的。在自然状态下，不同的精子与卵子的结合是随机的， 因此人类的男女比例大致保持1∶1（图9-7）。 图9-7 人类及部分其他生物的性别决定 sex chromosomes  Unlike homologous pairs of autosomes, the two sex chromosomes of mammals, the X chromosome and the Y chromosome, are structurally rather different from one another .For example, the human X chromosome is large submetacentric chromosome with numerous genes, whereas the corresponding Y chromosome is a small acrocentric chromosome in only a very few active genes are thought to occur. Males normally carry one copy of each sex chromosome（XY）; females inherit tow X chromosomes, one from each parent.   很显然，性别决定实际上是由精子中带有的是X染色体还是Y染色体所决定的，而X染色体和Y染色体在人类性别决定中的作用并不相等。一个个体无论其有几条X染色体，只要有Y染色体就决定男性表型（睾丸女性化患者除外）。因为Y染色体的短臂上有一个决定男性的基因，即睾丸决定因子（testis-determining factor，TDF）基因，TDF基因是性别决定的关键基因。性染色体异常的个体，如核型为47，XXY或48，XXXY等，他们的表型是男性，但却是一个不正常的男性。没有Y染色体的个体，其性腺发育基本上是女性特征，即使只有一条X染色体如核型为45，X的个体，其表型也是女性，但却是一个表型异常的女性。 目前认为人类Y染色体是由两个在遗传学上明显不同的部分组成，即拟常染色体区域和Y特异区域所组成。拟常染色体区域位于X和Y染色体的短臂末端，是X和Y染色体的同源区，X染色体和Y染色体之间可以在拟常染色体区域重组，此区内的交换并不表现典型的连锁关系。通过重组分析可以绘制该区域的基因图。Y特异区域在正常情况下不与X染色体发生重组，在减数分裂中作为一个整体分离并编码几个基因，睾丸决定因子基因位于这个区域内，这些基因对性腺分化及男性生育能力是必需的。 1990年Sinclair等发现了性别决定区域Y（sex-determining region Y，SRY），并且认为是TDF的最佳候选基因。SRY基因位于Y染色体短臂末端，其产物为SRY蛋白，决定睾丸的形成，而且有越来越多的证据表明SRY和人类性别决定确有关系。 第二节 染色体分组、核型与显带技术 一、染色体的研究方法 对人类染色体的研究已有很长的历史，1888年德国解剖学者Waldeyer根据细胞有丝分裂和生殖细胞减数分裂观察到的现象，提出了染色体这一名称。但是由于人类染色体数目较多，并且由于当时的技术和方法的限制，对染色体的研究受到一定的影响。尤其是染色体数目的研究结果很不一致。1923年Painter提出了染色体数目为2n=48的观点，这个结论一直被多数学者所承认。直到1956年，Albert Levan和华裔学者蒋有兴（Joe Hin Tjio）应用秋水仙素（纺锤丝抑制剂）和低渗技术，在流产的胎儿肺组织培养中才确定这些细胞的染色体是46，而不是48条。英国学者Charles Ford和John Hamerton的研究结果支持了他们的的结论。从此肯定了人类染色体数目为2n=46，这标志着现代细胞遗传学的开始。 （一）染色体标本的制作 染色体的形态结构在细胞增值周期中是不断的运动变化的，一般在有丝分裂中期，染色体的形态最典型、最易辨认和区别。因此是分析染色体的最好阶段。实验材料可以是体外培养细胞、外周血淋巴细胞、骨髓细胞、胸水细胞、腹水细胞、性腺活检标本、胎儿绒毛标本、实体瘤标本、胎儿羊水细胞以及皮肤、肝、肾等标本。这些细胞标本大都要经过体外培养后制作染色体标本，有的可以直接制作染色体标本，如骨髓细胞、胎儿绒毛、胸水、腹水和性腺活检标本等。 制备染色体标本，首先要获得大量的中期分裂相。染色体在细胞核中相互交错缠绕，必须把它们分散开才能便于观察。秋水仙素又抑制纺锤丝蛋白合成的作用，能抑制分裂中期的活动，使细胞分裂停止在中期，细胞分裂同步化，而获得大量的中期分裂相；同时为了得到分散良好的分裂相，用低渗液处理细胞，低渗液可使细胞体积膨大，染色体松散；最后是滴片，得到的染色体标本用吉姆萨燃料染色，就可得到非显带染色体标本。 （二）染色体显带 染色体显带（chromosome banding）技术是在非显带染色体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，这种使染色体显带的方法，称为显带技术。通过显带技术，使各号染色体都显现出独特的带纹，这构成染色体的带型。每对同源染色体的带型基本相同而且稳定，不同对染色体的带型不同。染色体显带现象是染色体本身存在着“带”的结构。在未染色的染色体也可以直接观察到带的存在。但用特殊方法处理后，再用染料着色，带纹更清楚。一般认为，易着色的阳性带为富含A-T的染色体节段；相反富含G-C的染色体节段则不易着色，称为阴性带。据报道已被定位的基因绝大部分都在阴性带区。人类染色体能显现出近2000个G带，这些带再融合成一般显微镜下可见的850条带左右。 显带技术主要有G带分析、C带分析、Q带分析、R带分析、T带分析、N带分析和高分辩染色体技术等。其他技术有姐妹染色单体互换技术、染色体原位杂交技术和染色体脆性部位检测技术等。 二、染色体核型 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就称为核型（karyotype）。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）。 （一）人类染色体非显带核型 非显带染色体核型是按常规染色方法所得到的染色体标本，一般用Giemsa染色，使染色体（除着丝粒和次缢痕外）都均匀着色，因此，非显带染色体核型很难准确鉴别出组内染色体的序号。1960年在美国丹佛、1963年在英国伦敦、1966年在美国芝加哥召开过三次国际会议，确定和制定了人类有丝分裂染色体的识别、编号、分组以及核型描述（包括染色体数目和结构异常的核型描述）等统一的标准命名系统。根据这一命名系统，1～22号为常染色体，是男女共有的22对染色体；其余一对随男女性别而异，为性染色体，女性为XX，男性为XY；将这23对染色体分为A、B、C、D、E、F、G 7个组，A组最大，G组最小。X染色体列入C组，Y染色体列入G组（图9-8）（表9-2）。 核型的描述包括两部分内容，第一部分是染色体总数，第二部分是性染色体的组成，两者之间用“，”分隔开。正常女性核型描述为：46，XX，正常男性核型描述为：46，XY。在正常核型中，染色体是成对存在的，每对染色体在形态结构、大小和着丝粒位置上基本相同，其中一条来自父方的精子，一条来自母方的卵子，称为同源染色体（homologous）；而不同对染色体彼此称为非同源染色体。由于非显带染色体标本不能将每一条染色体本身的特征完全显示出来。因此，只能根据各染色体的大致特征（大小、着丝粒位置）来识别染色体，即使是最有经验的细胞遗传学家，也只能较准确地识别出1、2、3、16号和Y等几条染色体，对B、C、D、F和G组的染色体，只能识别出属于哪一组，而对组内相邻号的染色体之间很难区分；并且，对于染色体所发生的一些结构畸变，例如易位、倒位和微小的缺失等均不能检出，这对染色体异常，特别是结构畸变的研究与临床应用受到极大的限制。因此，从1959年Lejeune发现第一例人类染色体病至1968年的10年中，人们只发现了10多种染色体异常综合征，并且主要是染色体数目异常的病例。 表9-2：人类核型分组与各组染色体形态特征（非显带标本） 组号 染色体号 大小 着丝粒位置 次溢痕 随体 可鉴别程度  A 1~3 最大 中（1、3号） 亚中（2号） 1号常见  可鉴别  B 4~5 次大 亚中   难鉴别  C 6~12、X 中等 亚中 9号常见  难鉴别  E 17~18 小 中（16号） 亚中（17、18号）   16号可鉴别， 17、18难鉴别  F 19~20 次小 中   难鉴别  G 21~22、Y 最小 近端  21、22号有，Y无 难鉴别   图9-8 染色体非显带核型图 （二）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（quinacrine 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，即染色体的带（band）。这一显带技术称Q显带（Q banding），所显示的带纹称为Q带（Q band）。显带技术可将人类的24种染色体显示出各自特异的带纹，称为带型（banding pattern）。随后又出现了其他几种染色体显带技术。 1．G显带（G banding） 将染色体标本用碱、胰蛋白酶或其它盐溶液处理后，再用Giemsa染液染色，染色体上出现与Q带相类似的带纹，在普通显微镜下，可见深浅相间的带纹，称G带（G band）G带与Q带相对应，即在Q显带的亮带的相应部位，被Giemsa染成深染的带，而在在Q显带中暗带的相应部位则被染成浅染的带。G显带方法简便，带纹清晰，染色体标本可以长期保存，因此被广泛用于染色体病的诊断和研究（图9-9）。 图9-9 G显带核型图 2．R显带（R banding） 用盐溶液处理标本后，再用Giemsa染色，显示出与G带相反的带，即G显带中的深带在R显带中为浅带，G显带中的浅带在R显带中为深带，称反带（reverse band）或R带（R band）。 3．T显带（T banding） 将染色体标本加热处理后，再用Giemsa染色可使染色体末端区段特异性深染，称T带（T band）。 4．C显带（C banding） 用NaOH或Ba（OH）2处理标本后，再用Giemsa染色，可使着丝粒和次缢痕的结构异染色质部分深染，如1、9、16号染色体的次缢痕以及Y染色体长臂远端的2/3的区段，所显示的带纹称C带（C band）（图9-10）。C显带可用于检测Y染色体、着丝粒区以及次缢痕区的变化。 图9-10 C显带核型图 5．N显带 用硝酸银染色，可使染色体的随体及核仁形成区（NOR）呈现出特异性的黑色银染物，这种银染色阳性的NOR称为Ag-NOR。研究表明，Ag-NOR的可染性取决于它的功能活性，即具转录活性的NOR着色，但受染物质不是次溢痕本身，而使附近与rDNA转录有关的一种酸性蛋白。 Chromosome banding  G-banding：the chromosome are subjected to controlled digestion with trypsin before staining with Geimsa, a DNA-binding chemical dye, Dark bands are known as G bands, Pale band are G negative. Q-banding： the chromosomes are stained with a fluorescent dye which binds preferentially to AT-rich DNA, such as Quinacrine, DNPI(4’,6-diamidino-2-phenylindole) or Hoechst 33258, and viewed by UV fluorescence. Fluorescing bands are called Q bands and mark the same chromosomal segments as G bands. R-banding：R -banding is essentially the reverse of the G-banding pattern. The chromosomes are heat-denatured in saline before being stained with Giemsa. The heat treatment denatures AT-rich DNA and R band are Q negative. The same pattern can be produced by binding GC-specific chromomycin dyes such as chromamycin A3, olivomycin or mithramycin. T-banding：T-banding identifies a subset of R bands which are especially concentrated at the telomeres. The T bands are the most intensely staining of the R bands and are visualized by employing either a particularly severe heat treatment of the chromosomes prior to staining with Giemsa, or combination of dyes and fluorochromes. C-banding：C-banding is thought to demonstrate constitutive heterochromatin. The chromosomes are typically exposed to denaturation with a saturated solution of barium hydroxide, prior to Giemsa staining.   （三）G显带染色体的识别 目前，G显带核型分析已成为临床常规应用的染色体病诊断的手段之一。在进行G带带型描述时，“深带”表示被Giemsa着色的带纹，“浅带”表示不着色或基本不着色的带纹。“浓”、“淡”表示深带着色的强度。近侧段、中段、远侧段表示距离着丝粒的远近（图9-11）。 图9-11人类G显带染色体模式图 （四）人类染色体的多态性 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）。 染色体多态性常见于的部位包括：①Y染色体的长度变异，这种变异存在着种族差异。主要变异部位是Y染色体长臂结构异染色质区，即长臂远端约2/3区段的长度变异。如果Y染色体大于F组或大于第18号染色体，称为“长Y”、“大Y”或“巨Y”，描述为Yq+；若Y染色体的长度为G组染色体长度的1/2以下，称“小Y”染色体，描述为Yq-,但这种现象比较罕见；②D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。表现为随体的有无、大小及重复（双随体）等；短臂、次溢痕区的增长或缩短；③第1、9和16号染色体次缢痕的变异，表现为次溢痕的有无或长短的差异。此外，在1、9和16号染色体的着丝粒异染色质区也可出现多态性的倒位。 染色体的多态性变异主要发生在结构异染色质区，因此一般没有明显的表型效应和病理学意义，也就是说一般没有不良的临床后果。但现在有研究资料报道，某些多态现象与临床症状有关。这说明染色体多态性与表型效应之间的关系问题，还有待于进一步的研究探讨。 染色体多态现象是一种较稳定的结构变异，可以在显微镜下观察，并且它是按孟德尔方式遗传的，它以一定的遗传方式传给下一代，因此可以作为一种遗传标志，应用于临床和研究工作。 三、人类染色体命名国际体制 1971年在巴黎召开的第四届国际人类细胞遗传学会议以及1972年爱丁堡会议，提出了区分每个显带染色体区、带的标准系统，称为《人类细胞遗传学命名的国际体制》（An International System for Human Cytogenetics Nomenclature，ISCN），这样对显带染色体有了一个统一的识别和描述的标准，有利于国际间的相互交流。 每条显带染色体根据ISCN规定的界标（landmark）划分为若干个区，每个区（region）又包括若干条带（band）。界标是确认每一染色体上具有重要意义的、稳定的、有显著形态学特征的指标，包括染色体两臂的末端、着丝粒和某些稳定且显著的带。两相邻界标之间为区。每一条染色体都是由一系列连贯的带组成，没有非带区。它借助其亮-暗或深-浅的着色强度，清楚地与相邻的带相区别。 每一染色体都以着丝粒为界标，分成短臂（p）和长臂（q）。区和带的序号均从着丝粒为起点，沿着每一染色体臂分别向长臂、短臂的末端依次编号为1区、2区、……，以及1带、2带……。界标所在的带属于此界标以远的区，并作为该区的第1带。被着丝粒一分为二的带，分别归属于长臂和短臂，分别标记为长臂的1区1带和短臂的1区1带（图9-12）。 描述一特定带时需要写明以下4个内容：①染色体序号；②臂的符号；③区的序号；④带的序号。例如：1p31表示第1号染色体，短臂，3区，1带。 图9-12 显带染色体的界标、区和带示意图 应用染色体显带技术可以识别染色体细微的结构异常。为了能够简明的描述这些异常的核型，1977年在斯德哥尔摩，1981年在巴黎召开的国际会议上议定的《人类细胞遗传学命名的国际体制》（ISCN, 1978，1981）中制定了统一的命名符号和术语（表9-3）。 表9-3 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 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  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 末端 tr 三射体  tri 三着丝粒 var 可变区   Chromosome nomenclature  The classification of human chromosomes is decided by the Standing Committee of Cytogenetic Nomenclature who regularly update the system (most recently in 1995-see Further reading ). There report is known as the International system for Human Cytogenetic Nomenclature (ISCN). The basis terminology for banded chromosomes was decided at the meeting in Paris in 1971 and is often referred to as the Paris nomenclature. Short arm locations are labeled p(petit) and long arms q (queue). At different levels of microscopic resolution, different numbers of bands are seen. At lowest resolutions, only a few major bands are identified and these are labeled p1, p2, p3; q1, q2, q3, etc., counting outwards from the centromere. Sub-bands are p11 (one-one, not eleven!), p12, etc, and sub-sub-bands p11.1, p11.2, etc.. the centromere is designated ‘cen’ and ‘ter’.   人类中期染色体的带纹数较少。一套单倍体染色体带纹数仅有320条带。70年代后期，由于技术的改进，可以从早中期、前中期、晚前期细胞得到更长、带纹更多的染色体。一套单倍体染色体即可显示550～850条或更多的带纹。即在原有的带纹上分出更多的带。这种染色体称为高分辨显带染色体（high resolution banding chromosome，HRBC）。 “人类细胞遗传学高分辨命名的国际体制（1981）（ISCN 1981）”的模式图，显示了大约具有550～850条带的高分辨带型（图9-13）。高分辨显带的命名方法是在原带之后加“.”，并在“.”之后写新的带号，称为亚带。例如：原来的1p31带被分为三个亚带，命名为1p31.1，1p31.2，1p31.3，即表示1号染色体短臂3区1带第1亚带、第2亚带、第3亚带。1p31.3再分时，则写为1p31.31，1p31.32，1p31.33，称为次亚带。 图9-13 人类1号染色体高分辨带及其与分子标志的关系 染色体高分辨显带能为染色体及其所发生的畸变的提供更多细节，有助于发现更多、更细微的染色体结构异常，使染色体发生畸变的断裂点定位更加准确，因此这一技术无论在临床细胞遗传学、分子细胞遗传学的检查上，或者是在肿瘤染色体的研究和基因定位上都有广泛的应用价值。 （吴白燕）