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09级青蛙染色体核型分析小论文.doc

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[2] 章菊明; 王爱华; 郭平. 虎纹蛙的染体组型[J]. 温州医学院学报,1984,(01). [3] 黄俊; 赵应学; 刘喜华; 王建. 广西莪术染色体的核型分析[J]. 安徽农业科学,2010,(28) The marrow cell chromosome preparation and karyotype analysis of Rana tigrina Abstrac: Use of marrow cells produced frog Rana tigrina chromosome samples, and then use of Photoshop and Excel to finish karyotype analysis. Karyotype analysis, by calculating the relative chromosome length, arm index, location of the centromere. Use of Levan standards to classify chromosomes. Finally, according to the size and type of chromosome, pair chromosome of Rana tigrina to do karyotype. The results showed that the karyotype of tiger frog was K (2n = 26) = 12m +14 sm. Key words: chromosome preparation;karyotype analysis;Rana tigrina;Photoshop 青蛙骨髓细胞染色体标本的制备及其染色体核型分析 樊代佳 (中山大学生命科学学院08级生态班 广州 510275) 摘要:本实验采用骨髓细胞染色体标本制作法,以青蛙骨髓细胞为材料制作了染色体标本,并在显微镜下拍摄采集染色体电子图片,后期用Adobe Photoshop CS4软件处理图片以获得配对的、清晰的且完整的青蛙染色体核型图。编码、测量、记录每对染色体的相对长度,再按照Levan法[1]通过计算所得的臂指数与着丝粒指数将其分组、命名。得到的实验结果为,青蛙细胞染色体数为26条即13对,包括5对大型染色体(相对长度>9%)和8对小型染色体(相对长度<6.5%),其中第1、2、4、5、6、7、9、10、11、12、13对染色体为中部着丝粒染色体(m),第3和第8对染色体为亚中部着丝粒染色体(sm),推测第13对染色体为性染色体XX,但无法确定。核型公式为2n=26=22m+4sm。 关键词:青蛙 骨髓细胞染色体标本 核型分析 一、 引言 核型(karyotype)又叫染色体组型,是指染色体组在有丝分裂中期的表型,是染色体数目、大小、形态特征的总和。在对染色体进行测量计算的基础上,进行分组、排队、配对并进行形态分析的过程叫做核型分析(Chromosome karyotype analysis)[2]。通常是将显微镜拍摄得到的染色体照片剪贴而成,正常细胞的核型能代表个体的核型。对染色体核型分析,不仅有助于了解生物的遗传组成、遗传变异规律和发育机制,而且对预测鉴定种间杂交和多倍体育种的结果、了解性别遗传机理以及基因组数、物种起源、进化和种族关系的鉴定都具有重要的参考价值[3]。对任何一个染色体的基本形态学特征来说,重要的参数有3个:相对长度、臂指数、着丝粒指数。 骨髓细胞具有丰富的细胞质和高度分裂能力,因此不必经体外培养,也不需要植物血球凝集素(PHA)的刺激,可直接观察到分裂细胞。经秋水仙素处理后,分裂的骨髓细胞被阻断在有丝分裂中期,再经离心、低渗、固定、滴片等步骤,便可制作出理想的染色体标本。因此,本实验即采用此种方法,获得的染色体标本清晰、无重叠与缺失。 本次实验采用的实验材料为青蛙骨髓细胞,用Giemsa染色法制取染色体标本,再用显微镜拍摄拍摄技术获得染色体组电子图片,后期用Adobe Photoshop CS4软件处理照片得到清晰的染色体核型图。最终结果为:青蛙细胞染色体数为26条即13对,包括5对大型染色体(相对长度>9%)和8对小型染色体(相对长度<6.5%),其中第1、2、4、5、6、7、9、10、11、12、13对染色体为中部着丝粒染色体(m),第3和第8对染色体为亚中部着丝粒染色体(sm),推测第13对染色体为性染色体XX,但无法确定。核型公式为2n=26=22m+4sm。 二、 实验材料、试剂与方法 1. 材料 成年雌性青蛙,由中山大学细胞生物学与遗传学实验室提供。 2. 试剂 0.1%秋水仙素溶液,Carnoy固定液,生理盐水,1/15mol/L磷酸缓冲液,Giemsa染液。 3. 方法 利用动物骨髓细胞染色体标本制备法,在实验开始前4小时,由于本实验青蛙重56.8g,按每克体重3ug的剂量,腹腔注射170.4ug的0.1%秋水仙素溶液;4小时后处死青蛙,取股骨并用刀片切开其两端,用注射器注入生理盐水以冲出骨髓细胞至离心管中,直到股骨变白为止;将收集的骨髓细胞平衡后放入离心机,1000r/min离心10min,然后弃上清液加6ml蒸馏水,用吸管吹打成细胞悬浮液进行低渗处理;再加入5滴固定液固定后打匀,1000r/min离心10min;弃上清液加入6ml固定液后打匀并固定20min,后离心10min,弃上清液重复固定两次;滴片后用Giemsa染液染色30min,冲洗后镜检并拍照,后期用软件处理、分析。 三、 实验结果处理与分析 从所得青蛙骨髓细胞染色体显微拍摄的照片中选择一张最为清晰、染色体组完整的照片如图1所示,对染色体配对如图2所示,染色体核型分析结果如表1。 图1 青蛙骨髓细胞染色体图 图2 青蛙染色体骨髓细胞核型图 项目 编号 短臂长度 长臂长度 染色体全长 相对长度 (%) 臂指数 着丝粒指数(%) 着丝粒位置 1 19.84 25.08 44.92 13.86 1.26 44.17 m 2 17.85 22.73 40.58 12.52 1.27 43.99 m 3 12.22 20.67 32.89 10.15 1.69 37.15 sm 4 13.61 18.13 31.74 9.79 1.33 42.87 m 5 12.52 18.91 31.43 9.69 1.51 39.83 m 6 8.38 12.29 20.67 6.38 1.47 40.54 m 7 8.03 10.88 18.91 5.83 1.35 42.46 m 8 7.63 13.26 20.89 6.44 1.74 36.52 sm 9 7.33 11.31 18.64 5.75 1.54 39.32 m 10 7.82 9.07 16.89 5.21 1.16 46.30 m 11 7.92 8.52 16.44 5.07 1.08 48.18 m 12 6.60 8.75 15.35 4.73 1.33 43.00 m 13 6.54 7.27 13.81 4.26 1.11 47.36 m 表1 青蛙骨髓细胞染色体核型分析数据 由实验结果可得,青蛙染色体核型组成为5对大型染色体(相对长度>9%)和8对小型染色体(相对长度<6.5%);其中因第1、2、4、5、6、7、9、10、11、12、13对染色体的臂指数均在1.0~1.7之间且着丝粒指数在50.0%~37.5%之间,因此属于中部着丝粒染色体(m);而第3对染色体臂指数为1.69与1.7相近,且其着丝粒指数在37.5%~25.0%之间,因此可将其归类为亚中部着丝粒染色体(sm);第8对染色体因此臂指数大于1.7且着丝粒指数在37.5%~25.0%之间,因此被归类为亚中部着丝粒染色体(sm)。可推测第相对长度最短的第13对染色体为性染色体,且因两个染色体形状、大小相近,应为XX,与该青蛙为雌性的事实相符,但因为本实验并没有做成年雄性青蛙的对照实验,因此无法确定此结论。核型公式为2n=26=22m+4sm。 根据实验结果可将染色体分为三组: A(1)组:只包含一对最大的染色体(相对长度>14.0%),臂指数在大型染色体中最小即着丝点最接近中央; B(2~5)组:属于中部和亚中部着丝粒染色体的4对大型染色体,第2、3对相对长度较大,其余较小; C(6~13)组:包括8对小型染色体,除第8对为亚中部着丝粒染色体其余都为中部着丝粒染色体。 四、讨论 1. 数蛙属两栖类的染色体组型中,染色体数都为26即13对,包括5对大型染色体及8对小型染色体[4],本实验的结果显示符合这一典型标准。 2. 制作染色体标本过程中,低渗处理是实验成败的关键,其目的在于使细胞处于低渗溶液中从而涨大,染色体松散。处理时间太长会使细胞破裂,染色体过度分散或丢失;而处理程度不够则使染色体仍旧曲结成团,无法对其进行统计与分析。 3. 制作染色体标本最后的染色也很重要,染色、脱色效果较好会使染色体与背景较易区分,从而获得更为清晰的染色体图片,为后续的处理分析做好铺垫。 4. 经典的核型分析方法是用显微摄像机将核型拍摄,洗出照片后用剪刀将各染色体剪下,然后分组、排序、粘贴、复拍,最后才制成核型分析的照片进行进一步的研究。而本实验采取利用Adobe Photoshop软件对照片进行后期处理,相对更为简单、省时、易于操作。 5. 本实验对不同性别青蛙个体的染色体核型分析不够彻底和精确,要确定性染色体的结构特点,须进行进一步的研究。 参考文献 [1] Levan A, Fredge K, Sangberg A A. Normene latrure for contromeric position on chromosomes. Herditas,1964,52,201-220. [2]王金发. 细胞生物学第一版. 科学出版社,2008,497~498. [3]王金发,何炎明. 细胞生物学实验教程. 科学出版社,2010,91. [4]李炳华,汪尊德. 棘胸蛙的染色体组型分析. 遗传,1983,5(5):39-41. The marrow Chromosome specimen preparation and karyotype analysis of the frog Rana tigrina Ecology department of life science school, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, Daijia Fan Abstract: The Chromosome specimen needed for karyotype analysis is made from the marrow cells of the frog. To get the paired and completed clear caryogram, the pictures of the Chromosome is successively processed by a software called Adobe Photoshop CS4 while taken by the microscope camera. Then the relative length of every pair of the Chromosome is measured and recorded to name and group them according to their brachial indexes and centromere indexes referring to the Levan’s method. It turns out that the diploid Chromosome number is 26, including 13 pairs——5 large pairs( relative length>9%) and 8 small pairs( relative length<6.5%). Of these pairs, No.1,2,4,5,6,7,9,10,11,12 and 13 are metacentric, and the rest are submetacentric. NO.13 pair is reckoned to be the sex Chromosome XX, which can’t be confirmed. The karyotype formulation is 2n=26=22m+4sm. Key words:Rina tigrina, marrow Chromosome specimen, karyotype analysis. 青蛙骨髓细胞染色体标本的制备及染色体的核型分析 罗琳 (中山大学生命科学学院08生物技术 广州 510275) 摘要:染色体组型具有物种的特异性, 它们在遗传过程中是相对稳定的, 研究各种动物的染色体组型, 其染色体数目、形态等特征可作为鉴定动物种类的指标[2]。本实验采用虎纹蛙作为实验材料,用 Giemsa 染色法制备动物骨髓细胞染色体标本,通过摄影得到中期染色体照片,后期运用 Adobe Photoshop 软件进行优化处理,得到完整、清晰的虎纹蛙中期染色体核型,计算出染色体相对长度,臂指数等。结果表明其染色体组型为:2n=20m+6sm,可配成13对。 关键词:青蛙;骨髓细胞染色体标本;Adobe Photoshop;核型分析 染色体的组型具有物种的特异性,在遗传过程中相对稳定,研究各种动物的染色体组型,可作为鉴定动物种类的指标,因此,在当今研究中,组型分析的重要日益凸显。组型(idiogram)是以模式图的方式,通过对许多细胞染色体的测量取其平均值绘制而成的,是理想的、模式化的染色体组成,代表了物种染色体组型的特征。而核型(karyotype)是指一个细胞内的整套染色体按照一定的顺序排列起来所构成的图像,通常是由显微摄影得到的染色体照片剪贴而成,正常细胞的核型能代表个体的核型。染色体的特征以有丝分裂中期最为显著,所以一般都分析中期分裂相。染色体的基本形态学特征一般通过相对长度、臂指数、着丝粒指数三个参数进行描述。 而由于骨髓细胞具有丰富的细胞质和高度分裂能力,因此不必经体外培养,也不需要植物血球凝集素的刺激,可直接观察到分裂细胞。经秋水仙素处理后,分裂的骨髓细胞被阻断在有丝分裂中期,因此骨髓细胞是研究动物细胞遗传学的好材料[1]。 故本实验用两栖纲,无尾目,蛙科,蛙属的虎纹蛙作为实验材料,通过 Giemsa 染色法制备骨髓细胞染色体标本。在核型分析上,由于传统方法耗时、繁琐,而且有的时候会造成令人误会的假象,故本实验采用 Adobe Photoshop 软件对显微摄影得到的染色体照片处理后再进行核型分析。 1 材料、试剂与方法 1.1 材料:成年虎纹蛙(由中山大学细胞生物学与遗传学实验室提供) 1.2 试剂:Carnoy 固定液(甲醇:冰醋酸=3:1),0.1%秋水仙素溶液,生理盐水,mol/L磷酸缓冲液(pH7.4),Giemsa 染液 1.3 方法 1.3.1 染色体标本制片:实验前4h,按动物每克体重2μg的剂量,腹腔注射秋水仙素。处死动物后,立即取出股骨,用刀片剔掉肌肉,再用刀片切开股骨两端,用盛有生理盐水的注射器插入股骨的上端,冲出骨髓细胞至离心管中,直至股骨变白色为止。将收集的骨髓细胞平衡后放入离心机,以1000r/min 离心 10min。弃上清液,加入 6ml 蒸馏水,用吸管轻轻吹打成细胞悬液,置 37°温箱中低渗 20min。加入 5 滴新配的固定液,立即打匀,并以 1000r/min 离心 10min 后,弃上清液。沿管壁慢慢加入 6ml 固定液,立即用吸管吹打成细胞悬液,室温下固定 20min。1000r/min 离心 10min 后弃上清液。重复加入 6ml 固定液一次,并吹打成细胞悬液后固定 20min,1000r/min 离心 10min 后弃上清液。在沉淀物中加入 0.3~0.5 固定液,用吸管吹打成细胞悬液。用镊子取预先冰冻的干净载玻片,迅速滴上 2~3 滴细胞悬浮液,立即用嘴向同一方向吹气,使细胞分散均匀,然后置酒精灯上微微加热干燥。放置一周后,用 Giemsa 染液染色 30min,自来水冲洗,空气干燥。 1.3.2 镜检:先在低倍镜下找到处于分裂中期的细胞,再转用高倍镜,选择染色体分散适度、长度适中的分裂相进行观察并显微摄影分析核型。 2 实验结果 2.1 从显微摄影的照片中选取效果最好的青蛙骨髓染色体标本照片,原图如图1 所示,染色体共 13对,26 条。 图 1 2.2 对图1 用 Adobe Photoshop 软件进行后期处理[5][6],使结果更具分析性,具体操作如下: 2.2.1 启动Adobe Photoshop,打开以JPG格式存储的图片文件。 2.2.2 将照片进行剪切除去周围不需要区域,然后放大,再用吸管吸取底色作为前景色和背景色,用污点修复画笔去除污点及有碍观瞻的部分,使图像更完美。 2.2.3 用魔术棒选取染色体,点击边缘,调整对比度、平滑程度等,以使染色体清晰可辨。再选取修复画笔工具修复染色体上由于染色不均匀等造成的伪迹,所得照片如图2。 图 2 2.2.4 新建一个文件,用魔术棒将每个染色体选取后粘贴到新的文件中,并用编辑菜单中的变换――旋转工具让染色体旋转到长臂朝下,短臂朝上位置,每个染色体一个图层。 2.2.5 直接在计算机屏幕上通过网格和导航条信息栏,分别点击头部、中部,读出X 、Y的坐标,根据勾股定理,利用EXCEL自动计算出每条染色体的短臂长、长臂长、染色体全长、臂指数等数据。 2.2.6 根据获得的数据,将对应的染色体进行一一配对。当所有染色体位置都摆放妥当后,编号1~13,合并所有图层。 2.2.7 图像处理最终结果如图3所示。 图 3 2.3 摘抄EXCEL计算出的数据,所得青蛙骨髓细胞染色体核型分析结果如下表一: 表一 青蛙骨髓细胞染色体核型分析结果 项目 编号 染色体 全长 短臂 长度 长臂 长度 相对 长度 臂指数 着丝粒指数 着丝粒位置 1 13.4 6.4 7.0 16.14 1.09 47.8 m 2 9.6 3.6 6.0 11.57 1.67 37.5 m 3 9.5 3.6 5.9 11.45 1.64 37.9 m 4 8.2 3.1 5.1 9.88 1.65 37.8 m 5 7.8 2.9 4.9 9.40 1.69 37.2 m 6 5.3 1.8 3.5 6.39 1.94 34.0 sm 7 4.8 2.0 2.8 5.78 1.40 41.7 m 8 4.6 1.6 3.0 5.54 1.88 34.8 sm 9 4.3 1.6 2.7 5.18 1.69 37.2 m 10 4.2 1.5 2.7 5.06 1.80 35.7 sm 11 4.1 1.7 2.4 4.94 1.41 41.5 m 12 3.9 1.9 2.0 4.70 1.05 48.7 m 13 3.3 1.3 2.0 3.98 1.54 39.4 m 根据以上统计结果可知,其核型 2n=20m+6sm,其中1~5号为大染色体,6~13号为小染色体。根据13对染色体的相对长度和臂指数,可将染色体分为A、B、C三组。 2.3.1 A组(1号染色体),所有染色体中最大的一对,中部着丝粒染色体,相对长度> 14.0,极易区分。 2.3.2 B组(2~5号染色体),相对长度9. 0~ 14. 0, ,全为中部着丝粒染色体。 2.3.3 C组(6~13号染色体),为小型染色体,相对长度<7. 0。 其中7、9、11、12、13 五对为中部着丝粒染色体,6、8 、10号染色体为亚中部着丝粒染色体。 2.3.4 由于本实验无雌、雄蛙的对比,故不能确定青蛙的性染色体。 3 讨论 3.1 有文献调查表明,比较广东韶关、广西、云南河口、福州市郊、广东广州市郊以及芜湖6个地理居群的虎纹蛙染色体核型,2n均为26,核型模式5+8,与本实验相符。6个居群的sm的数目、顺序、次缢痕等方面有一定差异,但6个居群的1、5、8号染色体均为m,9号染色体为sm,3、6号染色体除云南河口为m外,其余居群为sm,2 号只有云南河口居群为Sm, 其余居群均为m; 4 号只有广西和广东广州市郊的为m, 其余居群均为Sm; 7、13 号只有广西居群为Sm, 其余居群均为m; 10、12 号只有广东韶关居群为Sm, 其余居群均为m; 11 号只有广西、芜湖居群为Sm, 其余居群均为m; 对于次缢痕出现的位置, 6 个居群的6q 上都有一对明显的次缢痕, 另外芜湖居群的2p、8q 上还有次缢痕或随体[3]。通过与本实验所得结果比较,可发现实验结果与文献中数据有一定出入,出现这种情况的原因一方面可能是因为本实验所用青蛙数量少,不具统计性,文献中所用实验材料虽然较多,但由于不同个体间的差异,也不一定完全准确。另一方面可能是由于制片时某些染色体的收缩、弯曲、重叠等致使测量有误。 3.2 本次实验染色体有少量重叠,无缺失,分散度较好,染色体的形态比较清楚,处于分裂中期的染色体较多。染色体出现部分重叠,可能是因为低渗处理时间不够,细胞内染色体聚集一起,不能很好伸展开来。但如果低渗时间处理过长,会造成细胞破裂,染色体丢失,不能准确计数。另外,滴片时的高度也会对染色体的分散产生一定影响。 3.3 由整个实验来看,秋水仙素的浓度和处理时间都对实验结果有很大影响。浓度过高,处理实验过长,都会使染色体过分收缩,不利于形态观察;浓度过低,处理时间过短,则收集到的中期分裂相少。另外,收集骨髓细胞对实验结果也有至关重要的作用。在实验过程中发现,由收集骨髓细胞时有血色的那支离心管中液体制得的玻片中的分裂相染色体明显多于另一离心管中液体所制的片,这可能是因为收集骨髓细胞时,注射器插入不当,未将骨髓细胞冲出,导致标本密度过小而找到所需染色体的机会大大减小。控制好离心的转速在本实验中也会对结果产生一定影响。转速过大,会造成细胞结块,不利于染色体伸展;转速过小,细胞不能充分沉淀,会造成细胞分裂相丢失。 3.4 经典的核型分析方法一直是显微摄影后, 放大、减裁、分组、排列、粘贴、复拍, 制成核型照片后进行再进行进一步研究,该方法耗时、费力而且容易出错的环节较多。故本实验依据杨大翔的《用Adobe Photoshop 进行核型分析》,蒋姗姗,梁英民,王作军等人的《利用个人电脑系统及 photoshop 软件进行核型分析》文献,运用了近年来流行的图像处理软件 Adobe Photoshop,并简要介绍了处理照片时的步骤。用这款软件,可以很容易地完成染色体的排列,非常精确地测量染色体的全长、短臂长、长臂长等,建立核型图。同时,利用该软件可以去除照片中的斑点、划痕,调整对比度等,使得分析结果更完美。 参考文献 [1]王金发,何炎明. 细胞生物学实验教程. 2004年9月第一版. 北京:科学出版社,2010年7月第九次印刷. 83-85. [2]方玲,胡启平,刘清华. 虎纹蛙的染色体组型. 广西医科大学学报,1998 June,15( 2):17-19. [3]邹佩贞. 广东韶关地区虎纹蛙、黑斑蛙染色体核型分析. 安徽农业科学, Journal of Anhui Agri. Sci. 2008, 36(31): 13516- 13518. [4]李懋学. 染色体的次缢痕、核仁组成区和随体. 生物学通报,1985年第07期:12-14. [5]杨大翔. 用Adobe Photoshop 进行核型分析. 5农业网络信息62005 年第3 期应用实践:44-46. [6]蒋姗姗,梁英民,王作军. 利用个人电脑系统及 photoshop 软件进行核型分析. 第四军医大学学报( J Four th Mil Med Univ) 2000,21(7):860. The marrow cell chromosome preparation and
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