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 biologicalfunctions To perpetuate the hereditary material during development of an individual By replicat ing 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
1 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10 kb 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 、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。 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
2 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2β3区段等;另 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 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,分异固缩(正、负异固缩) 裂中期达到高峰 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( Chromatin)。 (1)X染色质:1949年Bar等人在雌猫神经元细胞核中发现 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 结构。称之为性染色质,也称X染色质(图9-1)
3 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91Ⅹ染色质A、B、C、D、E:分别为含0、1、2、3、4、5个X染色圆 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lμm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(Iyon假说)对这些问题进行了解释。Iyon 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 Iyon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 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
4 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 1m 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 hemizy gous 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 重 92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03μm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。 9-3Y染色质
5 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 0.3m 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、HB、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H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140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 (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94从DNA到染色体水平的压缩过程 、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 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( dip loid),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
6 （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未端有一球状结构,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95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12~5/8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7⑧~末端之间
7 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)。 9-6染色体的3种类型图 、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Y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
8 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
9 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 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。 )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
10 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