染色體

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染色體(Chromosome )是細胞內具有遺傳性質的物體,易被鹼性染料染成深色,所以叫染色體染色質);其本質是脫氧核甘酸,是細胞核內由核蛋白組成、能用鹼性染料染色、有結構的線狀體,是遺傳物質基因載體

簡介

染色體

  染色體是細胞核中載有遺傳信息(基因)的物質,在顯微鏡下呈絲狀或棒狀,主要由脫氧核糖核酸蛋白質組成,在細胞發生有絲分裂時期容易被鹼性染料著色,因此而得名。在無性繁殖物種中,生物體內所有細胞的染色體數目都一樣。而在有性繁殖物種中,生物體體細胞染色體成對分佈,稱為二倍體。性細胞如XX、XX等是單倍體,染色體數目只是體細胞的一半。 [1]哺乳動物雄性個體細胞的性染色體對為XY;雌性則為XX。鳥類的性染色體與哺乳動物不同:雄性個體的是ZZ,雌性個體為ZW。

發現

  1879年德國生物學家弗萊明(F1eming·w )把細胞核中的絲狀和粒狀的物質,用染料染紅,觀察發現這些物質平時散漫地分佈在細胞核中,當細胞分裂時,散漫的染色物體便濃縮,形成一定數目和一定形狀的條狀物,到分裂完成時,條狀物又疏鬆為散漫狀 。   1883年美國學者提出了遺傳基因在染色體上的學說。

染色體

  1888年正式被命名為染色體。   1902年,美國生物學家薩頓和鮑維里通過觀察細胞的減數分裂時又發現染色體是成對的,並推測基因位於染色體上。   1928年摩爾根證實了染色體是遺傳基因的載體,從而獲得了生理醫學諾貝爾獎。   1953年4月《自然》雜誌刊登了美國的沃森和英國的克里克在英國劍橋大學合作的研究成果:DNA雙螺旋結構的分子模型,被譽為20世紀以來生物學方面最偉大的發現。   1956年,美籍華裔遺傳學家Joe Hin Tjio (1919–2001,資料譯為 庄有興 或 蔣有興 ),和Levan首次發現人的體細胞的染色體數目為46條,標志著人類細胞遺傳學的建立。46條染色體按其大小、形態配成23對,第一對到第二十二對叫做常染色體,為男女共有,第二十三對是一對性染色體。

結構

簡介

  染色體的超微結構顯示染色體是由直徑僅100埃(Å)的DNA-組蛋白高度螺旋化的纖維所組成。每一條染色單體可看作一條雙螺旋的DNA分子。有絲分裂間期時,DNA解螺旋而形成無限伸展的細絲,此時不易為染料所著色,光鏡下呈無定形物質,稱之為染色質。有絲分裂時DNA高度螺旋化而呈現特定的形態,此時易為鹼性染料著色,稱之為染色體。   1970年後陸續問世的各種顯帶技術對染色體的識別作出了很大貢獻。中期染色體經過DNA變性胰酶消化或熒光染色等處理,可出現沿縱軸排列的明暗相間的帶紋。按照染色體上特徵性的標誌可將每一個臂從內到外分為若干區,每個區又可分為若干條帶,每條帶又再分為若幹個亞帶,例如「9q34.1」即表示9號染色體長臂第3區第4條帶的第1個亞帶。由於每條染色體帶紋的數目和寬度是相對恆定的,根據帶型的不同可識別每條

染色體

染色體及其片段。   80年代以來根據DNA雙鏈互補的原理,應用已知序列的DNA探針進行熒光原位雜交(Fluorescence in situ hybridization,FISH)可以識別整條染色體、染色體的1個臂、1條帶甚至一個基因,因而大大提高了染色體識別的準確性和敏感性。染色體是遺傳物質—基因的載體,控制人類形態、生理和生化等特徵的結構基因呈直線排列在染色體上。2000年6月26日人類基因組計劃(HGP)已宣布完成人類基因組序列框架圖。2001年2月12日HGP和塞雷拉公司公布了人類基因組圖譜和初步分析結果。人類基因組共有3~3.5萬個基因,而不是以往認為的10萬個。由此可見,染色體和基因二者密切相關,染色體的任何改變必然導致基因的異常。

染色體成分

  染色體的主要化學成份是脫氧核糖核酸(DNA)和蛋白質構成,染色體上的蛋白質有兩類:一類是低分子量的鹼性蛋白即組蛋白(histones),另一類是酸性蛋白質,即非組蛋白蛋白質(non-histone proteins)。非組蛋白蛋白質的種類和含量不十分恆定,而組蛋白的種類和含量都很恆定,其含量大致與DNA相等。所以人們早就猜測,組蛋白在DNA·蛋白質纖絲的形成上起著重要作用。Kornberg根據生化資料,特別是根據電鏡照相,最先在1974年提出繩珠模型(beads on-a-string model),用來說明DNA·蛋白質纖絲的結構。纖絲的結構單位是核小體,它是染色體結構的最基本單位。核小體的核心是由4種組蛋白(H2A、H2B、H3和H4)各兩個分子構成的扁球狀8聚體。現在我們知道,DNA分子具有典型的雙螺旋結構,一個DNA分子就像是一條長長的雙螺旋的纖絲。一條染色體有一個DNA分子。DNA雙螺旋依次在每個組蛋白8聚體分子的表面盤繞約1.75圈,其長度相當於140個鹼基對。組蛋白8聚體與其表面上盤繞的DNA分子共同構成核小體。在相鄰的兩個核小體之間,有長約50~60個鹼基對的DNA連接線。在相鄰的連接線之間結合著一個第5種組蛋白(H1)的分子。密集成串的核小體形成了核質中的100埃左右的纖維,這就是染色體的「一級結構」,就像成串的珠子一樣,DNA為繩,組蛋白為珠,被稱作染色體的「繩珠模型」如圖→在這裡,DNA分子大約被壓縮了7倍。   染色體的一級結構經螺旋化形成中空的線狀體,稱為螺線體或核絲或螺線筒或螺

染色體的「繩珠模型」。

旋管,這是染色體的「二級結構」,其外徑約300埃,內徑100埃,相鄰螺旋間距為110埃。螺旋體的每一周螺旋包括6個核小體,因此DNA的長度在這個等級上又被再壓縮了6倍。   300埃左右的螺線體(二級結構)再進一步螺旋化,形成直徑為0.4微米(μm)的筒狀體,稱為超螺旋管。這就是染色體的「三級結構」。到這裡,DNA又再被壓縮了40倍。超螺旋體進一步摺疊盤繞后,形成染色單體—染色體的「四級結構」。兩條染色單體組成一條染色體。到這裡,DNA的長度又再被壓縮了5倍。從染色體的一級結構到四級結構,DNA分子一共被壓縮了7×6×40×5=8400倍。例如,人的染色體中DNA分子伸展開來的長度平均約為幾個厘米,而染色體被壓縮到只有幾納米長。

組型

  染色體組型(Karyotype):描述一個生物體內所有染色體的大小、形狀和數量信息的圖象。這種組型技術

人類的23對染色體

可用來尋找染色體歧變同特定疾病的關係,比如:染色體數目的異常增加、形狀發生異常變化等。以染色體的數目和形態來表示染色體組的特性,稱為染色體組型。雖然染色體組型一般是以處於體細胞有絲分裂中期的染色體的數目和形態來表示,但是,也可以其他時期,特別是以前期或分裂間期的染色體形態來表示。關於整個染色體的情況可作下列記載而加以表示:各自的長度、粗細;著絲粒的位置;隨體次縊痕的有無、數目、位置;凝縮部不同的部分以及異染色質部分、常染色質部分;染色粒、端粒的形態、大小及分佈情況;小縊痕的數目、位置;由於溫度和藥品處理所產生的染色體分帶(band)的形態、數目、位置等等。對於染色體組的表示,現已提出幾種方法。例如,染色體的數目是以n、2n分別表示配子和合子的染色體數目,以x表示基數,以b表示原始基數,以2x、3x、4x、……表示多倍性,以2x 1、2x-1、……等等表示非整惰性,以1、2、3、……等編號表示各個染色體。另外,為了表示各個染色體的形態特徵,還可採用「V」形、「J」形等名稱,或者採用由A.Levan等(1964)所提出的根據著絲粒的位置進行分類的方法等。關於人類的染色體組型的表示法,在國際上是統一的(在丹佛1960、倫敦1963、芝加哥1966、巴黎1971等地召開的人類染色體會議上所制訂的),已規定了為了表示染色體形態特徵的染色體臂比、著絲點指數指標

結構序列

  染色體(variation)要確保在細胞世代中保持穩定,必須具有自主複製、保證複製的完整性、遺傳物質能夠平均分配的能力,與這些能力相關的結構序列是:

1.自主複製DNA序列

  20世紀70年代末首次在酵母中發現。自主複製DNA序列具有一個複製起始點,能確保染色體在細胞周期中能夠自我複製,從而保證染色體在世代傳遞中具有穩定性和連續性。

2.著絲粒DNA序列

  著絲粒DNA序列與染色體的分離有關。著絲粒DNA序列能確保染色體在細胞分裂時能被平均分配到2個子細胞中去。   著絲粒DNA序列特點:(1)一方面在所有的真核生物中它們的功能是高度保守的,另一方面即使在親緣關係非常相近的物種之間它們的序列也是多樣的。(2)絕大多數生物的著絲粒都是由高度重複的串聯序列構成的,然而,在著絲粒的核心區域,重複序列的刪除擴增以及突變發生的非常頻繁,目前的種種研究表明,重複序列並不是著絲粒活性所必須的。(3)有些科學家提出了可能是DNA的二級結構甚至是高級結構是決定著絲粒位置和功能的因素。即功能的序列無關性。

3.端粒DNA序列

  為一段短的正向重複序列,在人類為TTAGGG的高度重複序列。端粒DNA功能是保證染色體的獨立性和遺傳穩定性。   染色體的分裂分叄種;一是母鍾分裂,這個一般發生在XX卵的早期,人類具體就是從一條XX卵分裂為個體的23對染色體的過程,意思是按照母體藍圖進行子代分裂,被分裂的23對染色體分別可以造出各種組織器官,如果第一條是造肝的,那麼它上面的所有造肝的基因片段都被打開,相反其它器官的製造信息都被關閉,這個過程母體藍圖染色體要分裂4次(按幾何級數分裂);二是子鍾分裂,按照母體藍圖分裂的23對人類染色體已經在「母鍾分裂」過程中分別被打開,它們各自按照各自的「子代藍圖」進行下面造器官的分裂,一個個有機的器官從此被造出,並且開始發揮各自的功能,這個過程子體藍圖染色體要分裂24次(個物種染色體的不同,其分裂的次數也不同,不過一個總的原則是按染色體數分裂),在24次分裂后,一個完整的人體就被造出來;三是孫鍾分裂,一個獨立的人體,在生長發育的過程中,還有一些器質性和功能性的東西沒有出現,所以必須再打開,進行再分裂。比如七歲兒童脫牙,十多歲少年具有生育能力,有些遺傳病到一定時候的發作,等等。

分裂期的染色體

  對應三種分裂,必須有三種控制分裂發生的手段。母鍾分裂是「端點(又叫端粒)控制體系」,這種分裂的原始觸發點在外界,比如飄蕩在空氣中的細菌,它只要沒有接觸食物或易感物,就永遠是不產生分裂的原命(見百度詞條「雙命」),一旦接觸,在端點的作用下就開始母鍾分裂。子鍾分裂是受制于子鍾染色體的端點,與外界刺激無關。孫鍾染色體分裂受制于染色體外相對應的一些蛋白質,它們的功能僅僅是到一定時間將這個包含某信息的片段打開。   依此看來,染色體就是人體的生物鍾。所以我們將第一條XX卵叫「母鍾」,將母鍾分裂出來的23對染色體叫子鍾,將23對染色體造出的各種組織器官所包含的染色體叫「孫鍾」,改變子鍾孫鍾的染色體都不可以改變遺傳,只有改變母鍾的基因才可以造成「變異」。   染色體可以攜帶「遺傳基因」但是不能傳遞「打開信息」,打開某個基因段的所有信息都是通過染色體端點或染色體外的蛋白質發揮作用才完成分裂或複製的。分裂是染色體整體的,複製是染色體某個基因片段的。

不同狀態

基因和染色體

  基因在細胞里並非一盤「散沙」或「散兵游勇」,它們大多有規律地集中在細胞核內的染色體地(chromosome)上,而且每一種生物細胞內染色體的形態和數目都是一定的。

染色體複製時

  染色體在複製以後,含有縱向並列的兩個染色單體(chroma-tids),只有在著絲粒(centromere)區域仍聯在一起。著絲粒在染色體上的位置是固定的。由於著絲粒位置的不同,把染色體分成大致相等或長短不等的兩臂(arms)。著絲粒的位置在染色體中間或中間附近時,染色體兩臂的長度差不多,這著絲粒叫做中間著絲粒或亞中間著絲粒。著絲粒的位置靠近染色體的一端時,根據著絲粒離開端部的遠近,這著絲粒叫做近端部著絲粒或端部著絲粒。著絲粒所在的地方往往表現為一個縊痕,所以著絲粒又稱初級縊痕(primary constriction)。   有些染色體上除了初級縊痕以外,還有一個次級縊痕(secon-dary constriction),連上一個叫做隨體(satellite)的遠端染色體小段。次級縊痕的位置也是固定的。在細胞分裂將結束時,核內出現一個到幾個核仁,核仁總是出現在次級縊痕的地方,所以次級縊痕也叫做核仁形成區(nucleolar organizer)如圖:

染色體模式圖

著絲粒是有絲分裂或減數分裂中的染色體高度壓縮的一個區域,在此紡錘體纖維與其結合。複雜的DNA序列構成了著絲粉。發育的麵包酵母(啤酒酵母)的著絲粒長度約為220個鹼基對,並且通過多種與剩餘DNA結合組蛋白有明顯區別的蛋白質共同保護其免受核酸內切酶的消化。雖然著絲粒區域通過特殊的蛋自質保護其免受限制性內切核酸酶的攻擊,但該區域投有核小體而且被去凝聚,這似乎說明了在有絲分裂和減數分裂過程中著絲粒區域被高度縮窄原因。著絲粒的220對鹼基序列兩側是限制性內切核酸酶敏感位點,該位點的功能也許是促進DNA的斷裂,有助於染色單體在後期的相互分離。限制性內切核酸酶是一種在核酸內特殊位點進行切割的酶類。

不同生物

真核生物

  真核生物的基因分佈住許多染色體中,一般來講這些染色體在大小上有很大不同。與細菌染色體(由環狀DNA分子構成)比較,真核染色體含有線性雙鏈DNA。DNA和多種類型的相關蛋白質構成r染色體。真核染色體的結構成分中並沒有RNA。   真核染色體可被不同程度的濃縮。最低的濃縮結構是伸展的核小體形式(extended nucleosome form)(圖3一la)。核小體是由近乎球狀的組蛋白形成的八聚體(histone)(H2a、H2b、H3和H4)和在其外圍繞兩圈的DNA所構成。DNA的約200個鹼基對圍繞著由組蛋白構成的球形體。並有DNA的50個鹼基對連接相鄰的核小體。雖然真核染色體伸展的核小體形式與細菌當中看到的串珠樣的結構相似,但是這些結構可能並不相同。伸展的核小體形式存在於染色體將被複制的區域,或存在於與RNA分子合成有關的區域。真核DNA更緊密的狀態是螺線管形式(solenoid form)。與核小體結合的組蛋白H1誘導其組裝成6個核小體的環,並且這些環組成圓筒狀螺線管結構。在分裂間期大多數真核染色體以螺線管形式存在。進行複製或被表達的(轉錄為RNA分子)這些部分去解凝成為伸展的核小體形式。DNA的複製發生在間期的S階段。基因表達發生在間期的所有階段(G0、S和G1)。那些不進行增殖的(XX細胞周期)真核細胞被認為是在G0階段,並且與間期細胞相似。在間期細胞核中看到的染色質是由絕大多數以螺線管形式存在的DNA 構成。   DNA最緊密的狀態是環狀的螺線管形式。DNA結合蛋白促進螺線管在支架蛋白中心核前後形成環狀。在一些真核生物中螺線管的l8個環組成了一個盤狀結構。染色體凝聚為數百個疊在一起的盤狀結構。在有絲分裂和減數分裂的過程中,可觀察到環狀的螺線管形式。由於許多長的染色體必須在細胞內移動,並且在移動過程中可能被牽扯,所以染色 體的濃縮是必要的。

真核染色體組

原核生物-細菌

  一般而言,原核生物物種的染色體可以進行複製,但大多數細胞容易存活多份。   所有必需的細菌基因存在於細胞質中的單個環狀雙鏈DNA(dsDNA)染色體中。細菌染色體與質膜相附著。

染色體

細菌染色體(bacterial chromosome)依其種類不同可編碼1000個或5000 個蛋白質。除了細菌染色體以外,還可有一個或多個較小的染色體,稱為質粒,它一般指定 20一100個蛋白質。質粒是環狀雙鏈DNA分子,它可與或不與質膜附著。質粒編碼的大多數或全部蛋白質在正常環境條件下並不是細胞生存所絕對必需的。許多質粒編碼的蛋白質使其把一些遺傳信息向其他細胞轉移成為可能,並促進稀有化合物的代謝。或使細胞可抵抗某些化學物質或重金屬。   由DNA、蛋白質和RNA構成的細菌染色體是高度濃縮的。它不僅通過拓撲異構酶(topoisomerase)形成超螺旋,並且,環繞在由RNA和蛋白質形成的「核」的內外。許多DNA的負電荷被多胺[如精胺(spermine)和亞精胺(spermidine)]和DNA纏繞著的鹼性蛋白質所中和。通過柔和地裂解細菌細胞得到的DNA外觀呈串珠狀。雖然細菌染色體也是高度濃縮的,但是,在光學顯微鏡下它們不能被看到。在透XX電子顯微鏡下,細菌染色體的外觀與非分裂的真核細胞核內的染色質(chiromatin)非常相像。

人類

  男性染色體的組成:22對常染色體+xy 女性染色體的組成:22對常染色體+xx   人體內每個細胞內有23對染色體。包括22對常染色體和一對性染色體. 性染色體包括:X染色體Y染色體。含有一對X染色體的XX卵發育成女性,而具有一條X染色體和一條Y染色體者則發育成男性。這樣,對於女性來說,正常的性染色體組成是XX,男性是XY。這就意味著,女性細胞減數分裂產生的配子都含有一個X染色體;男性產生的XX中有一半含有X染色體,而另一半含有Y染色體。XX和XX的染色體上攜帶著遺傳基因,上面記錄著父母傳給子女的遺傳信息。同樣,當性染色體異常時,就可形成遺傳性疾病。男性不育症中因染色體異常引起者約占2%~21%,尤其以少XX症和無XX症多見。

數目列表

  每一種生物的染色體數是恆定的。多數高等動植物是二倍體(diploid),也就是說,每一身體細胞中有

玉米的染色體

人類的染色體

兩組同樣的染色體(有時與性別直接有關的染色體,即性染色體,可以不成對)。親本的每一配子帶有一組染色體,叫做單倍體(haploid),用n來表示。兩個配子結合后,具有兩組染色體,叫做二倍體,用2n表示。例如玉米的二倍體染色體數是20(2n=20),即有10對染色體,如圖→。人的染色體數是46(2n=46),即有23對染色體,如圖←。但多數微生物營養體是單倍體,例如鏈孢霉的單倍體染色體數是7 。   
常見生物染色體數目列表
通名學名雙倍體數
動物
人類Homo sapiens46
金絲猴Rhinopithecus rhinopithecus roxellanae44
彌猴Macacamalatta42
黃牛Bostaurus60
Susscrofa78
Cantis familiaris78
Felis domesticus38
Equus Calibus32
Equus asinus31
山羊Capara hircus60
綿羊Ovis aries54
小家鼠Mus musculus40
大家鼠Rattus norvegicus42
水貂Mustela vison30
豚鼠Cavia cobaya64
Oryctolagus cuniculus44
家鴿Columba livia domesticus約80
Gallus domesticus約78
火雞Meleagris gallopavo約80
Anas platyrhyncho約80
家蠶Bombyx mori56
家蠅Musca domestica12
果蠅Drosophila melanogaster8
蜜蜂Apis mellifera♀32♂16
Culex pipiens6
佛蝗Phlaeobainfumata♀24♂23
淡水水螅Hydra vulgaris attenuata32
植物
洋蔥Alliumcepa16
大麥Hordeum uulgare14
水稻Oryza sativa24
小麥Triticum vulgare42
玉米Zea mays20
金魚草Antirrhinum majus16
陸地棉Gossypium hirsutum52
中棉Gossypium arboreum26
豌豆Pisum sativum14
香豌豆Lathyrus odoratus14
蠶豆Vicia faba12
菜豆phaseolus vulgaris22
向日葵Helianthusannuus34
煙草Nicotiana taldcum48
番茄Solanum lycopersicum24
Pinus species24
青菜Brassica chinensis20
甘藍Brassica oleracea18
月見草Oenothera biennis14
微生物
鏈孢霉Neurospora crassa7
青黴菌Penicillium species4
曲霉Aspergillus nidulans8
衣藻Chlamydomonas reinhardi16

性染色體

  遺傳的染色體學說的證據來自於這樣的實驗,一些特殊基因的遺傳行為和性染色體(sex chromosome)傳遞的關係。性染色體在高等真核生物的兩種性別中是不同的。性染色體的發現為Sutton-Boveri的學說提供了一個實驗證據。   在孟德爾以前(1891年)德國的細胞學家亨金(Henking,H)曾經用半翅目的昆蟲蝽做實驗,發現減數分裂中雄體細胞中含11對染色體和一條不配對的單條染色體,在第一次減數分裂時,它移向一極,亨金無以為名,就稱其為「X」染色體。後來在其它物種的雄體中也發現了「X」染色體。   1900年麥克朗(McClung, C.E)等就發現了決定性別的染色體。他們採用的材料多為蚱蜢和其它直翅目昆蟲。1902年麥克朗發現了一種特殊的染色體,稱為副染色體(accessory chromosome)。在XX時,它決定昆蟲的性別。1906年威爾遜(Wilson, E.B)觀察到另一種半翅目昆蟲(Proteror)的雌體有6對染色體,而雄性只有5對,另外加一條不配對的染色體,威爾遜稱其為X染色體,其實雌性是有一對性染色體,雄性為XO型。   在1905年斯蒂文斯(Stevens, N)發現擬步行蟲屬(Tenebrio molitor)中的一種甲蟲雌雄個體的染色體數目是相同的,但在雄性中有一對是異源的,大小不同,其中有一條雌性中也有,但是是成對的;另一

染色體

條雌性中怎麼也找不到,斯蒂文斯就稱之為Y染色體。在黑腹果蠅中也發現了相同的情況,果蠅共有4對染色體,在雄性中有一對是異形的染色體。在1914年塞勒(Seiler,J)證明了在雄蛾中染色體都是同形的,而在雌蛾中有一對異形染色體。他們根據異形染色體的存在和性別的相關性,發現了性染色體,現在已完全證實了他們的推論是完全正確的。嚴格地說異形染色體的存在僅是一條線索,而不是證據,不能因為存在異形染色體,就表明其為性染色體。一定要通過實驗證明這條染色體上存在決定性別的主要基因,方能定論。

X-染色體

  2005年3月17日,在Nature雜誌上發表的一篇文章宣告基本完成對人類X染色體的全面分析。對X染色體的詳細測序是英國Wellcome Trust Sanger研究中心領導下世界各地多所著名學院超過250位基因組研究人員共同完成的,是人類基因組計劃的一部分。   從屬於NIH的美國國家人類基因組研究院的負責人弗朗西絲。柯林斯博士(Francis S. Collins, Ph.D)表示「對X染色體的詳細研究成果代表了生物學和醫藥學領域進展的一個新的里程碑。新的研究確認了X染色體上有1098個蛋白質編碼基因--有趣的是,這1098個基因中只有54個在對應的Y染色體上有相應功能。

染色體上的基因

  染色體研究是臨床遺傳學研究的基礎。測序結果表明X染色體包涵多達1100種基因。但另人吃驚的是,與之相關的疾病也有百余種,如X染色體易碎症、血友病孤獨症肥胖肌肉萎縮病和白血病等。看來這條染色體決不容小視!   X染色體對應的另一半就是Y染色體。人類Y染色體的測序工作也已經完成,並且發現它並沒有人們之前想象的那樣脆弱。Y染色體上有一個「XX」決定基因則對性別決定至關重要。目前已經知道的與Y染色體有關的疾病有十幾種。

異常

原理

  正常人的體細胞染色體數目為23對,並有一定的形態和結構。染色體在形態結構或數量上的異常被稱為染色體異常,由染色體異常引起的疾病為染色體病。現已發現的染色體病有100余種,染色體病在臨床上常可造成流產先天愚型、先天性多發性畸形、以及癌腫等。染色體異常的發生率並不少見,在一般新生兒群體中就可達0.5%~0.7%,如以我院平均每年3000新生兒出生數計算,其中可能有15~20例為染色體異常者。而在早期自然流產時,約有50%~60%是由染色體異常所致。染色體異常發生的常見原因有電離輻XX、化學物品接觸、微生物感染和遺傳等。臨床上染色體檢查的目的就是為了發現染色體異常和診斷由染色體異常引起的疾病。 染色體檢查是用外周血細胞生長刺激因子——植物凝集素(PHA)作用下經37℃,72小時培養,獲得大量分裂細胞,然後加入秋水仙素使進行分裂的細胞停止於分裂中期前,以便染色體的觀察;再經低滲膨脹細胞,減少染色體間的相互纏繞和重疊,最後用甲醇和冰醋酸將細胞固定於載玻片上,在顯微鏡下觀察染色體的結構和數量;正常男性的染色體核型為44條常染色體加2條性染色體X和Y,檢查報告中常用46,XY來表示。正常女性的常染色體與男性相同,性染色體為2條XX,常用46,XX表示。46表示染色體的總數目,大於或小於46都屬於染色體的數目異常。缺失的性染色體常用O來表示。

病癥示例

  一、XX功能障礙   在不孕症、多發性流產和畸胎等有XX功能障礙的婦夫中至少有7%~10%是染色體異常的攜帶者。常見的有染色體結構異常如平衡易位和倒位以及數量異常如由於女性少一條X染色體造成的45,XO,或多一條Y染色體造成的47XXY。平衡易位和倒位由於無基因的丟失,攜帶者本身常並不發病,卻可因其XX細胞染色體異常而導致不孕症、流產和畸胎等XX功能障礙。性染色體數目異常除可造成不孕外,還常出現

染色體結構圖

第二性徵異常。   二、第二性徵異常者   常見於女性,如有原發性閉經、性發育不良,伴身材矮小、肘XX、盾狀胸和智力稍有低下,XX、腋毛少或缺如,后髮際低,不育等,應考慮是否有X染色體異常。常見的X染色體異常有特納氏綜合征和環形X染色體。特納氏綜合征患者比正常女性少一條X染色體,其染色體核型為:45,XO。環形X染色體患者由於某種原因使X染色體兩端同時出現斷裂,並在斷裂部位重接形成,環形染色體越小臨床癥狀越重。早期發現這些異常並給予適當的治療可使第二性徵得到一定程度地改善,也可能獲得生育能力。   三、外XX器兩性畸形   對於外XX器分化模糊,如XX伴XX下裂,XX肥大呈XX樣,根據XX器外觀常難以正確決定性別的患者,通過性染色體的檢查有助於做出明確診斷。根據染色體檢查結果和臨床其它檢查,兩性畸形可分為真兩性畸形、假兩性畸形、性逆轉綜合征等幾種不同情況。   1.真兩性畸形:內XX器同時存在著兩性的特徵,即體內同時存在XX、輸精管卵巢輸卵管。染色體檢查表現為兩種類型:1、46,XX/46,XY,即一個機體內存在著兩個細胞系,每種細胞的比例決定性別取向,產生的原因:XXX和YXX同時與兩個XXXX后融合,或XXX和YXX同時與卵細胞和剛形成、尚未排出卵外的極體分別XX所致。2、核型是46,XX,但是Y染色體的某些基因或片段易位於X染色體上,或常染色體基因突變而具有Y染色體的功能。   2.假兩性畸形:有進一步分為女假兩性畸形和男假兩性畸形。女假兩性畸形內XX器表現為女性,有XX、卵巢、輸卵管,染色體檢查為46,XX。男性假兩性畸形內XX器表現為男性即性腺是XX,染色體核型是46,XY。   3.性逆轉綜合征:即染色體核型與表型相反,例如核型是女性核型46,XX,但表型卻似男性;或核型是男性核型46,XY,但表型卻似女性。46,XX男性的主要臨床表現有XX發育不良,隱睾,XX有XX下裂,XX少或無XX,可有喉節、鬍鬚。腋毛稀疏,群體發病率:1/2萬。46,XY女性的主要臨床表現有身材較高,卵巢為條索狀,無XX,盲端XX,原發性閉經,乳房不發育。   四、先天畸形智力低下   染色體病的特點就是多發性畸形和智力低下,常見臨床特徵有,頭小、毛髮稀而細、眼距寬、耳位低、短頸、鼻塌而短、外XX器發育不良、齶裂、肌張低下或亢進、顛癇、通貫掌肛門閉鎖、身材矮小、發育遲緩、眼裂小、髮際低、持續性新生兒黃疸及明顯的青斑、眼瞼下垂心臟畸形、腎臟畸形、虹膜視網膜缺損等。染色體檢查可發現有21-三體綜合征等異常。   五、性情異常者   身材高大、性情凶猛和有攻擊XX的男性,有些可能為性染色體異常者。如XYY綜合征,染色體檢查表現為比正常男性多一條Y染色體,染色體核型表現為47,XYY。患者多數表型正常,即健康情況良好,常有生育能力,但子代男性中同樣為47,XYY的機會大於正常人群。該病的發病率占一般男性人群的1/750。男性如出現身材修長、四肢細長、XX小、XX發不發育和XX中無XX者,有時還可以伴有智力異常,應通過染色體檢查確定是否患有可氏綜合症,該病患者比正常男性多一條X染色體,染色體核型表現為原`原47,XXY。其發病率在一般男性中為1/800,在男性精神發育不全者中為1%,而在男性不孕者中可高達1/10。   六、接觸過有害物質者   輻XX、化學藥物病毒等可以引起染色體的斷裂,如果染色體裂后原來的片段未在原來的位置上重接,將形成各種結構異常的染色體,如缺失、易位、倒位、重複、環形染色體等,這些畸變如發生在體細胞可以引起一些相應的疾病,例如腫瘤。如畸變發生在XX細胞就發生遺傳效應,殃及子代,可以引起流產、死胎畸形兒。   七、婚前檢查   婚前檢查可以發現表型正常的異常染色體攜帶者,如染色體平衡易位、倒位,染色體的平衡易位和倒位由於基因不丟失而表型正常,但極易引起流產、畸胎、死胎,盲目保胎會引起畸形兒的出生率增加。婚前檢查還可以發現表形基本正常,但性染色體異常者,這些患者可表現為XX障礙、無生育能力等。因此,婚前檢查對優生優育有著重要的意義。   八、白血病及其它腫瘤患者   白血病及其它腫瘤時出現的染色體異常可使血細胞的癌基因表達,使血細胞無控制的惡性生長。不同的白血病常有各自的特徵性染色體異常,因此染色體檢查有助於白血病的診斷和預后判定。   1.慢性粒細胞白血病:Ph染色體是其標記染色體,由9號和22號染色體部份片段相互易位形成的。Ph染色體的出現為慢性粒細胞白血病的確診指標,治療過程中Ph染色體的出現或消失,還可作為療效和愈后的參考指標。   2.急性非淋巴細胞白血病:染色體改變主要為8號和21號染色體相互易位,以及15號和17號染色體相互易位,形成4條異常染色體,並且增加一條12號染色體。   3.急淋巴細胞白血病:染色體檢查可發現8號和14號染色體相互易位,4號和11號染色體相互易位,9號和22號染色體相互易位形成的6條異常染色體並增加一條21號染色體。

新進展

  基因組研究以國際人類基因組計劃為代表,是當今生物技術研究的「熱中之熱」。人類基因組草圖的完成宣告了一個新時代——后基因組時代的到來。目前已經完成基因組測序的動物還有秀麗線蟲(1998年)、果蠅(2000年)、狗(2004年)和小雞(2004年)等。我國研究人員獨立完成了水稻、家蠶、雞、吸血蟲、羊等物種的全基因組測序工作。

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