染色体显带机制
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第796页（4743字）
自1968年卡斯帕森(T．Caspersson)提出荧光分带以来，染色体分带技术及其应用研究的发展十分迅速。
自20世纪70年代初以来，对显带机制的认识越来越深入，已从染色体形态特征的改变转移到染色体的化学组成及其超微结构的变化上。它不仅能促进分带技术的发展，而且对阐明染色体的结构、组织、成分、、功能、进化、复制特性等基本理论也有重要意义。
1970年帕杜(M．L．Pardue)等用DNA变性和异染色质的优先复性理论作为染色体显带的基础。
但后来许多实验结构与这种解释相矛盾。
1972年以来，米勒(O．J．Miller)等的核酸免疫分析，康明斯(D．E．Comings)等的放射性同位素标记和细胞化学分析，伯克霍尔德(G．D．Burkholder)等的生物化学分析和电镜观察，以及近年来米杰克(E．M．Jack)等的光镜结合扫描电镜观察，弗雷黛尼(M．Frediani)和洛撒诺(R．Lozano)等对植物、德罗伊(R．Drouin)和戈撒维治(J．Gosalvez)等对人类和动物染色体用限制性核酸内切酶的原位消化分析等，均证明染色体中DNA和蛋白质的不均匀丢失，或DNA与蛋白质的相互作用是染色体显带的主要机制。
染色体标本经各种分带处理后，导致DNA和蛋白质不均匀丢失，其中蛋白质丢失于DNA之前，而非组蛋白(NHP)又是被首先提取的蛋白质组分。1968年迪克(C．Dick)等、1973年萨姆纳(A．T．Sumner)等都发现固定后染色体中的许多蛋白质(8%～100%)，特别是组蛋白被抽提了。德琼贾罗(L．Djondjurov)则强调NHP对染色体显带的作用，1972年他利用3H－色氨酸同位素标记，发现G带处理后染色体臂上的NHP呈不均一分布。
1976年马特凯姆(S．Matsukuma)用荧光染料丹磺酰氯特异染色中国田鼠染色体中的蛋白质，发现处理后的荧光带纹与G带一致。因而认为G带处理使带间区蛋白质丢失，带区蛋白质仍保留着，NHP的不均匀丢失是G带的基础。1982年伯克霍尔德等利用SDS－PAGE分析了G带、C带和R带处理后的染色体，发现各种处理均匀不同程度地抽提蛋白质，被抽提蛋白质的种类随方法不同而异；G带和C带处理后的残留蛋白质类型与R带处理后的显着不同。1987年迪尔(J．E．Dille)利用抽描电镜观察了C带处理后的黑麦染色体，发现每步处理均导致染色体表面局部结构的显着变化，碱处理过程非选择性地除去染色质。
染色体中蛋白质的丢失，破坏了DNA赖以存在的结构完整性，使核酸容易断裂和丢失。1973年康明斯等用放射性同位素标记研究表明，G带处理后约60%的DNA被提取。
1978年康明斯等用放射性同位素标记研究表明，G带处理后约60%的DNA被提取。
1978年布鲁斯(R．K．Brure)等的扫描电镜观察表明，在螺旋化程度较差的疏散区域，染色质纤维呈环状伸出染色质表面，从而使其表面积扩大，增加了与化学试剂接触的机会，加强了DNA对化学处理的敏感性。
1985年杰克等利用光镜结合扫描电镜观察了人类染色体，发现光镜下的C带在电镜下紧密集缩的染色质纤维组成，带间区的染色质则呈疏散状态。他们还发现C带和G带处理造成的染色质结构变化是近似的。
1989年德罗伊等用抗BrdU抗体和透射电镜研究了FPG法显带的机制，认为染色体经荧光染料Hoechst 33258和UV处理后，使BrdU替换的染色质发生“崩解”而被提取，未被替换的DNA保留下来与Giemsa反应而显带。1990年戈撒维治的洛撒诺等利用光镜、电镜和琼脂糖凝胶电泳分析了限制性核酸内切酶(REs)对鼠中期染色体的强胞学效应，发现染色体经各种REs原位消化后都能产生类似C带(有时为G带)的带型，这些进一步证明了DNA的不均一抽提对染色体显带的作用。
带区核蛋白比带间区更能抵御提取，其原因除与结构异染色质的高度重复序列及其化学组成有关外，还与DNA的碱基组成及其与蛋白质的相互作用密切相关。
1972年米勒和迪维(V．G．Dev)、1974年施莱茨(R．Rreck)等用发荧光的抗腺苷抗体和抗胸苷抗体与变性DNA作用，获得Q带或类似G带的带型。
1978年德莱茨(M．E．D．rets)发现，亚甲兰引起的光氧化反应使G带区DNA变性残留的DNA与发荥光的抗胞苷抗体结合产生了R带。这些证明了Q带富AT碱基对，R带富GC碱基对。
1973年丘普威彻(T．W．Chupervich)等认为，胰酶－Giemsa显带与染色体上不同的DNA片段覆盖不同的蛋白质类型有关，经酶短时间处理后仍能保持正常的核蛋白结构，与染料结合而显带与富AT区域结合的组蛋白对胰酶有抗性，与富GC区域结合的蛋白质对胰酶的作用比较敏感，染色较浅。1972～1978年康明斯等的一系列实验工作，以及1988～1989年德罗伊等的免疫化学分析，进一步证明Q带和G带的基础是AT碱基对，R带的基础是GC碱基对。1977年康明斯、伯克霍尔德和马特凯姆等人的工作都表明组蛋白和NHP与结构异染色质的集缩程度有关。1984年恩登(T．R．Endo)发现多聚嘧啶一多聚嘌呤(GAA)n(GAG)n顺序(SAT－DNA)的分布与N带一致；无此SATDNA序列的DNA显示G带；DNA碱基顺序的异质性及其与蛋白质及其与蛋白质的特异结合是形成N带和G带的原因。1978年施瓦撒彻(T．Schwarzacher)等、1985年哈伯尔德和马凯姆等的工作都表明组蛋白和NHP与结构异染色质的集缩程度有关。1984年恩登(T．R．Endo)发现多聚嘧啶一多聚嘌呤(GAA)n(GAG)n顺序(SAT－DNA)的分布与N带一致；无此SATDNA序列的DNAS显示G带；DNA碱基顺序的异质性及其与蛋白质的特异结合是形成N带和G带的原因。
1978年施瓦撒彻(TSchwarzacher)等、1985年哈伯尔(H．R．Hubbell)等发现某些NHP与NOR异染色质特异结合，从而改变了NOR的结构和组织，使NOR及其邻近的异染色质对处理因素更加敏感。1990～1991年罗撒诺等利用C带、Ag带、荧光分带和REs原位消化技术，对某些植物和动物染色体的结构与组织进行了研究，发现NOR异染色质富GC碱基对。
对荧光染料色霉素A3有高度亲和性；NOP异染色具有与着丝粒和端粒明显不同的结构组织特征，其原因是某些NHP与NOR异染色质呈现特异结合；抵御REs消化的能力取决于染色质的结构组织特征。
每种染料都以特定的方式与核蛋白相互作用。
如噻嗪类染料Giemsa为正电荷平面分子，以离子形式与DNA磷酸基团作用，堆积于DNA侧面。Hoechst 33258是特异作用于AT碱基对的荧光染料，它通过氢键结合在DNA双螺旋的小沟中。
许多学者强调染料与核蛋白互作对染色体显带的作用。1975年康明斯等发现热或盐处理破坏了NHP的三级结构，G带和R带正是由于变性NHP更牢固地覆盖在DNA磷酸基团上，影响了染料与DNA的相互作用所致。
1980年～1984年布斯(C．H．C．M．Buys)根据生物化学和细胞化学分析，发现giemsa和AgNO3对NORs的选择性染色是NHP与染料相互作用的结果。其中Giemsa对NORs的染色能力决定于核仁磷蛋白的磷酸化状态。
选择性银染则与磷蛋白中高含量的羧基有关。1985年达金(P．Duijn)和1987年迪尔则强调核小体中组蛋白八聚体的变性和异染色质对染料的差别亲和力是形成C带的原因。
但是1985年杰克等根据扫描电镜观察，认为Giemsa染色只是光镜观察所必需的，它并不影响染色体的结构。
染色体显带机制是细胞化学家正在积极探索的问题之一。在光镜结合染色体超微结构研究的基础上，综合应用生物化学，细胞化学和免疫化学等技术，研究染色体蛋白质与DNA互作及各种分带处理的细胞学效应，仍是探查染色体显带机制的主要途径。各种分带和限制性核酸内切酶原位消化技术的结合是近来分带研究中的一个活跃领域，进一步深化这方面的研究，对于阐明染色质的结构、组成和异质性分布，以及各种带型与碱基组成间的相互关系均有重要意义。在光镜、电镜和分子水平上深入研究各种带型间以及DNA、蛋白质(包括组蛋白和非组蛋白)和染料三者之间的相互关系，也能为阐明染色体显带机制提供重要证据。
。【参考文献】：
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2 Burkholder G D,et al. The effect of chromosome banding techmiqueson the pproteins of isolated chromosomes, Chromosoma, 1982,87 : 425～435
3 Duijn P,et al. The involvement of uncleosomos in Giemsa staining of chromosomes A new hypothesis on the banding mechanism ,Histoochemistry ,1985,62 : 363～376
4 Dille J E,et al. Topographical changes in rye chromsorne ultrastructure caused by the C - banding procedure Genome, 1987,29:817～822
5 Drouin R,et al. DNA denaturatiom rfor ultrastructural banding and gthe mechanism, underlying the fluorochrome - photolysis - Giemsa technique mechanism, underlying the fluorochrome - photolywsis - Giemsa technique studied with anti- 5 - bromodeoxyuridine antibodies chromosoma, 1989,98:174～180
6 高明君，等．染色体显带机制研究若干进展．生物学通报，1990，11∶1～3
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(青岛海洋大学高明君教授撰)