染色體帶型在昆蟲(chóng)系統(tǒng)學(xué)研究中的應(yīng)用

1、染色體帶型在昆蟲(chóng)系統(tǒng)學(xué)研究中的應(yīng)用1 染色體顯帶技術(shù)所謂染色體顯帶技術(shù)是借助于特殊的操作處理，使染色體顯現(xiàn)具有穩(wěn)定數(shù)目和部位、著色深淺不同的染色帶，進(jìn)而鑒定研究染色體的方法。該技術(shù)最早出現(xiàn)于1968年，先驅(qū)者是Caspersson，自20 世紀(jì)70 年代以后得到廣泛應(yīng)用。 原理：細(xì)胞中期染色體易于分離并展開(kāi)，進(jìn)行顯微鏡分析。許多特殊的染料將中期染色體識(shí)別為均質(zhì)的結(jié)構(gòu)，然而某些染色方法能產(chǎn)生具有種屬特異橫紋的差示染色帶，并且這些顯帶圖型在發(fā)育過(guò)程中以及不同組織的細(xì)胞間是恒定的。 Q帶技術(shù)即喹吖因熒光染色體技術(shù)，顯示中期染色體經(jīng)氮芥喹吖因或雙鹽酸喹吖因染色以后，在紫外線照射下呈現(xiàn)出熒光亮帶和暗帶。

2、一般富含AT堿基的DNA區(qū)段表現(xiàn)為亮帶，富含GC堿基的DNA區(qū)段表現(xiàn)為暗帶。G帶即Giemsa，將中期染色體制片經(jīng)胰酶或堿、熱、尿素、去污劑等處理后再用Giemsa染料染色后所呈現(xiàn)的染色體區(qū)帶。一般來(lái)說(shuō)，G帶和Q帶相符，但也有例外，如Q帶顯示的人Y染色體的特異熒光，在G帶帶型上并不出現(xiàn)。R帶是指中期染色體經(jīng)磷酸鹽緩沖液保溫處理，以吖啶橙或Giemsa染色后所顯示的帶型，和G帶明暗相間帶型正好相反，所以又稱(chēng)反帶。C帶是將染色體先進(jìn)行一系列的酸堿處理,再用熱標(biāo)準(zhǔn)枸櫞酸溶液溫育,最后經(jīng)吉姆薩染色所呈現(xiàn)的區(qū)帶。主要顯示著絲粒結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)，及其他染色體區(qū)段的異染色質(zhì)部分。T帶又稱(chēng)末端帶，是染色體端粒部分

3、經(jīng)吖啶橙染色后所呈現(xiàn)的區(qū)帶，在分析染色體末端結(jié)構(gòu)畸變時(shí)有用。N帶又稱(chēng)Ag-As染色法，主要用于染核仁組織者區(qū)的酸性蛋白質(zhì)。2 染色體顯帶技術(shù)在植物研究中的應(yīng)用 自從細(xì)胞核型分析應(yīng)用于植物研究以來(lái)，利用染色體形態(tài)學(xué)證據(jù)，有力地促進(jìn)了系統(tǒng)與進(jìn)化植物學(xué)研究的深入和發(fā)展，尤其是在科間、屬間及種間的分類(lèi)中發(fā)揮了重要作用。 染色體顯帶技術(shù)的出現(xiàn)并應(yīng)用于植物研究后，則在種下等級(jí)分類(lèi)、物種變異和分化及形成等方面, 獲得了一些令人滿(mǎn)意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 屬及屬下等級(jí)的分類(lèi)處理 種下變異和物種分化的研究 顯帶技術(shù)研究多倍體起源 研究不同地理分布的遺傳和形態(tài)變異 3 染色體顯帶技術(shù)在昆蟲(chóng)分類(lèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用 目前有關(guān)昆蟲(chóng)染色

4、體分帶的研究包括對(duì)一科內(nèi)數(shù)屬及一屬內(nèi)數(shù)種的比較,以顯示其屬、種內(nèi)分類(lèi)階元的異同；對(duì)一較高分類(lèi)階元內(nèi)不同種或亞種進(jìn)行比較分析,以顯示其種階元的差異；有對(duì)種群特別是對(duì)雜交后代的種群的分析,以確立昆蟲(chóng)的分類(lèi)地位及親緣關(guān)系。統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)昆蟲(chóng)染色體分帶的資料表明,幾乎各種染色分帶技術(shù)在昆蟲(chóng)中均有研究,但相對(duì)研究較多的是C-帶、G-帶、銀染等方面。 在動(dòng)物演化研究中,染色體顯帶技術(shù)應(yīng)用廣泛,在揭示科內(nèi)細(xì)胞遺傳學(xué)機(jī)制多樣性、不同分類(lèi)階元間的親緣關(guān)系上發(fā)揮了重要作用。賈蕭凌等對(duì)斑翅蝗科的6個(gè)屬的C 帶帶型進(jìn)行分析,得出斑翅蝗科的6 個(gè)屬間的親緣關(guān)系:飛蝗屬與車(chē)蝗屬較近,尖翅蝗屬、綠紋蝗屬與小車(chē)蝗屬較近,紅翅

5、皺膝蝗與上述5 個(gè)屬的親緣關(guān)系相對(duì)較遠(yuǎn)些,從細(xì)胞分類(lèi)學(xué)的角度證明了這種亞科分類(lèi)的合理性。 4以蝗蟲(chóng)為例說(shuō)明染色體帶型的應(yīng)用 4.1材料:小蹦蝗屬2 種:峨眉小蹦蝗Pedopodisma emeiensis 和秦嶺小蹦蝗P. tsinlingensis；無(wú)翅蝗屬2 種: 小無(wú)翅蝗Zubovskia parvula 和柯氏無(wú)翅蝗Z. koeppeni 4.2方法:C顯帶技術(shù);銀染色法 4.3結(jié)果4 種斑腿蝗科昆蟲(chóng)有絲分裂中期染色體C 帶核型斑腿蝗科4 種類(lèi)染色體帶型的比較 4.4 結(jié)論 作者所研究的4 種蝗蟲(chóng)分隸兩屬，即小蹦蝗屬及無(wú)翅蝗屬。從屬內(nèi)種間C 帶核型比較來(lái)看，其差異是較為明顯的，如秦嶺小

6、蹦蝗染色體帶型結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，異染色質(zhì)總含量（THC） 值明顯較低，帶紋數(shù)目較少；而峨眉小蹦蝗則具有異常復(fù)雜的帶紋結(jié)構(gòu)，帶紋數(shù)目多，存在大量端帶及居間帶，THC 值明顯偏高。小無(wú)翅蝗與柯氏無(wú)翅蝗的主要區(qū)別也表現(xiàn)在個(gè)別染色體上附加帶紋的存在與否以及THC 值含量差異等方面。 盡管屬內(nèi)種間染色體指標(biāo)方面存在明顯差異可資辨別, 但通過(guò)分析比較, 我們?nèi)钥梢詮闹锌闯鰧俚墓残?。例如屬?nèi)染色體數(shù)目一致, 染色體分組型式相似, 此外, 從染色體帶型結(jié)構(gòu)來(lái)看, 小蹦蝗屬兩種第8 號(hào)染色體均具有端帶,銀染核仁組成區(qū)（ NOR） 定位于該染色體端部區(qū)域, 而無(wú)翅蝗屬兩種X染色體均具有端帶, 其N(xiāo)OR 定位點(diǎn)也位于X

7、染色體端部區(qū)域。4.5 討論 C 帶顯示染色體上的結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)區(qū)域。近年來(lái)，人們利用分子生物學(xué)研究手段證實(shí)C帶主要是AT與GC 高度重復(fù)序列，包括衛(wèi)星DNA 序列。從遺傳學(xué)角度來(lái)看，C 帶顯示的結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)在遺傳上具有相對(duì)恒定性，但與銀染核仁組成區(qū)定位，即Ag 帶相比，C 帶的進(jìn)化速率又較快、往往在相近種間C 帶異染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)及組成具有差異。 在我們以往對(duì)斑腿蝗科種類(lèi)的研究中 發(fā)現(xiàn)種級(jí)水平C 帶差異往往表現(xiàn)在端帶、居間帶的有無(wú)、個(gè)別染色體上著絲粒帶的大小強(qiáng)弱以及結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)含量等方面，對(duì)小蹦蝗屬、無(wú)翅蝗屬的比較也進(jìn)一步說(shuō)明了這一點(diǎn)。 Ag 帶顯示核仁組成區(qū)位點(diǎn)，從原理上來(lái)講，該區(qū)域富含18S

8、+ 28S rDNA ，其轉(zhuǎn)錄酸性蛋白，而酸性蛋白又與染料中的Ag 離子特異性地結(jié)合而著色，NOR 位于哪對(duì)染色體上，其活性大小都是在漫長(zhǎng)進(jìn)化歷程中形成的, 與C 帶相比，Ag 帶顯示的NOR 具有相對(duì)較慢的進(jìn)化速率，具有較大的保守性。 作者的研究結(jié)果顯示小蹦蝗屬NOR 定位于第8 號(hào)染色體端部區(qū)域，無(wú)翅蝗屬則位于X 染色體端部，具有恒定特點(diǎn)。結(jié)合前人工作及作者以往的研究結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明在斑腿蝗科中NOR 定位可用來(lái)區(qū)分屬級(jí)分類(lèi)單元，并有助于揭示一個(gè)大分類(lèi)單元中的種系發(fā)生關(guān)系。5.討論與展望 單純依靠某一方法、技術(shù)是不夠的,應(yīng)盡可能利用不同研究手段,吸收盡可能多的研究結(jié)果和信息,如結(jié)合各個(gè)種、屬

9、的地理分布、形態(tài)學(xué)變異模式、細(xì)胞學(xué)資料以及分子水平的研究結(jié)果 。通過(guò)這些資料的綜合分析,才能揭示物種間的親緣關(guān)系,建立一個(gè)更為接近于自然演化途徑的系統(tǒng)模式。 隨著染色體研究在理論和技術(shù)上的發(fā)展,特別是人類(lèi)染色體分析方法和技術(shù)在其他生物染色體研究中的應(yīng)用,極大地促進(jìn)了細(xì)胞分類(lèi)學(xué)的發(fā)展和普及。結(jié)合現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)、染色體分析軟件和數(shù)字化顯微攝影等技術(shù)的應(yīng)用,為染色體分析方法和技術(shù)的應(yīng)用及推廣提供了更加有利的條件和更為廣闊的前景。 3 染色體顯帶技術(shù)在昆蟲(chóng)分類(lèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用 目前有關(guān)昆蟲(chóng)染色體分帶的研究包括對(duì)一科內(nèi)數(shù)屬及一屬內(nèi)數(shù)種的比較,以顯示其屬、種內(nèi)分類(lèi)階元的異同；對(duì)一較高分類(lèi)階元內(nèi)不同種或亞種進(jìn)行比較分析,以顯示其種階元的差異；有對(duì)種群特別是對(duì)雜交后代的種群的分析,以確立昆蟲(chóng)的分類(lèi)地位及親緣關(guān)系。統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)昆蟲(chóng)染色體分帶的資料表明,幾乎各種染色分帶技術(shù)在昆蟲(chóng)中均有研究,但相對(duì)研究較多的是C-帶、G-帶、銀染等方面。 4以蝗蟲(chóng)為例說(shuō)明染色體帶型的應(yīng)用 4.