多线染色体

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797页（4430字）

在双翅目昆虫的某些细胞中存在的一种巨型染色体，由于它的巨大形态结构的可见性，已被广泛地用于生物的细胞遗传、系统分类、基因的定位和克隆及基因结构的研究。

通常用光镜或电镜在间期细胞核中是看不清染色体的。1881年意大利巴尔比安尼(Balbiani)偶然在摇蚊(Chironomus)幼虫的唾腺间期细胞中发现了一种巨大的染色体，这些染色体比起同体中正常分裂相体细胞染色体要长100～200倍，当时巴尔比安尼称之为巨型染色体。之后，1882年Flemming又在西立螈(Siredon)的卵母细胞中发现了另一种巨型染色体，它是由两条单体组成的，形态像毛刷，所以被称作灯刷染色体，而前者由于每条染色体看来都是由许多染色线组成的，因此又被柯勒尔(Koller)称之为多线染色体。以后，美国贝恩妥(Painter)又在果蝇幼虫的唾腺细胞中观察到这种多线染色体。由于多线染色体能在间期细胞中显示出来，并且体积长大，显示了更多的结构细节，所以引起了科学家们极大的兴趣。随后又在果蝇的马尔丕基氏管的细胞中和某些按蚊(热带按蚊)的卵巢营养细胞中发现了多线染色体。

1938年Geitler的研究证明，这些细胞的特点是：它们不是生长到一定程度就进入有丝分裂，而是不断生长，继续复制，而且新的复制体总是沿其全长整齐地跟原来的染色体并列着的，因而染色体长得极大。在果蝇唾腺细胞中每一个多线染色体都是经过大约9个循环的复制产生的，所以每条多线染色体至少包含了500～1000条的染色单体(DNA纤丝)，某些昆虫的多线染色体甚至包含了多达16000条。

经过醋酸洋红或地衣红染色后，在高倍光镜下就可以看到每条多线染色体都是由暗带和明间带直线交替组成的。同时也已证明大部分DNA存在于暗区带之内，每条区带都相应于染色体上染色粒的聚合区域，它能被碱性染料染得很深，孚尔根染色呈现阳性，而明间带则几乎不着色。以后又证明了每条区带都包括着几个或几十个基因位点。

早在1881年巴尔比安尼就第一次在摇蚊幼虫唾腺染色体上发现了许多膨大的区段，这种结构被称为疏松区或巴氏环。

疏松区被认为是由于在暗带区域中通常紧密折叠或卷曲着的染色体纤丝发生了解旋，然后以环的形式向外凸出形成的。1964年Pelling的研究证明，DNA一般不在疏松区内复制，但RND的合成和酸性蛋白质的积累却在疏松区内活跃地进行，因此推测疏松区与控制基因的表达有关。特别是在1964年Beerman等发现动物发育的不同时期有特异疏松区的出现和消失之后，激发人们利用多线染色体进行了很多昆虫发育过程中基因表达的研究。实验证明，如果把蜕皮激素注射到早龄幼虫，可以使它们的唾腺染色体的某些部位提早出现疏构区。目前已从蜕皮素处理的细胞内成功地提取出一种作为合成一种酶的模板的信使RNA(mRNA)，这种酶是未经蜕皮激素处理的幼虫中所没有的，这证明疏松区中具有某种遗传信使mRNA的合成基因。

由于两条同源染色体总是并行地紧密结合在一起，两条同源染色体间有差别时就很容易被观察出来，而且这种长大的多线染色体又易于制备和观察，所以多线染色体已成为研究细胞遗传学和昆虫系统分类的极为方便的材料。

每一个生物的种、亚种和株的染色体不但数目是恒定的，而且染色体的结构、区带的数目和相对大小及空间排列等等都是特异的，生物染色体的任何差别(如染色体的着丝点位置、带型、包括倒位、互换、易位和缺失等等)都往往会引起生物特性的差别。早在1936年Dobzhansky就发现加里福尼亚的果蝇群体中存在着有3种多线染色体倒位顺序，称为AR、CH和ST3种不同的类型，并且发现在温暖的春天选择有利于AR和CH的基因顺序，而在一年的较热的月份则选择有利于ST类型。

1979年Coluzzi等根据卵巢营养细胞多线染色体上的臂内倒位类型已在冈比亚按蚊(Anopheles gambiae)类群内区分出6个形态上不易鉴别的姊妹种，它们在温湿度不同的地区有着不同的分布界限，而且发现冈比亚按蚊中2Rb倒位对化蛹和羽化时间、卵的大小，吸血习性等都有明显的影响，不同的倒位类型对疟原虫的敏感性也有显着差异。

其它病媒按蚊，如五斑按蚊(A，maculipennis)类群的10个种，微小按蚊(A，minimus)类群的2个种，大劣按蚊(A，duri)类群7个种，金蚋(Simulium metallicum)复合体的11个姊妹种等等也都是根据极易观察到的多线染色体的倒位、带型、特别是性染色体区带的差别，结合生态、电泳、杂交等等方法鉴别出来的。此外，染色体各种交叠的倒位重排，还可以在一些昆虫种间阐明其系统发生的关系，如中国嗜人按蚊与中华按蚊仅相差2L臂上的1个倒位，而嗜人按蚊与赫坎按蚊(A，hyrcanus)相差2L臂上的2个倒位，说明了嗜人按蚊与中华按蚊的亲缘关系较嗜人按蚊与赫坎按蚊更为密切。

1910年左右摩尔根(Morgan)等研究了果蝇性状的遗传方式，确定基因位点是以线性顺序从染色体的一端排列到另一端的，因此一对性状所形成的重组体配子的百分数越高，这两个基因位点相隔的距离就会越大，反之亦然。

利用这一认识就可以绘制出一定染色体上所能发现的全部基因位点的连锁图。到1915年摩尔根等利用果蝇成对突变型的杂交实验就已画出了大约50个果蝇基因的位置，它们分属于相应于4个染色体的4个连锁群。1933年Paiter直接观察比较了果蝇的形态变异和染色体变异的对应关系，从而设计了表示基因的更确切的实际位置的基因图，并证明上述用统计学方法画出的基因次序是正确的。

至今，单单在一个较长的染色体上已画出500个以上，仅在X染色体上已鉴定出100个以上基因的顺序，这样就筑建了比较详细的果蝇基因图。生物基因图的筑建对生物遗传学的研究和生物新类型的培育是极有参考价值的。目前人们不仅在研究昆虫中自然发生的多线染色体变异，而且也在广泛而有成效地利用射线、化学诱变剂、杂交等方法来诱发昆虫染色体的突变。

现代分子生物学的进展为多线染色体的研究和利用开辟了更为广阔的前景。1967年French等第1次创立了果蝇唾腺染色体的原位杂交技术，1990年这个技术又被Graziosi等引入按蚊多线染色体上基因定位的研究，他首次利用生物素标记的Puchsneo作探针在冈比亚按蚊卵巢营养细胞多线染色体玻片标本上进行了杂交，通过放射自显影从而直接地观察到这些特异核酸序列在染色体上的位置，成功地确定了含有对新霉素抗性基因的Puchsneo是位于在2L的端部。

以后又有人测定了联苯酚氧化酶基因是位于在3R中部的33c段。

白魔按蚊(An．albimanus)组蛋白的基因是位于在唾腺多线染色体3R的34A段。1980年Barnett等用克隆法分离的果蝇卵黄蛋白的3个基因的克隆片段与多线染色体进行原位杂交证明了3个基因都位于在X染色体上，并且测定了他们的顺序；1982年Kubli利用标记的tRNA和果蝇唾腺多线染色体的压片进行原位杂交，定位了15%以上的tRNA基因，其中好多tRNA基因也已被克隆出来。此外也有人应用某些特异抗体与多线染色体上的抗原蛋白质进行反应，根据交叉点的多少来判断生物种间的亲缘关系，如1982年Kabisch等就应用间接荧光抗体技术建立了黑腹果蝇(Melanogaster)亚群的系统树。

80年代初Edstron等就建立了微切染色体技术，由于多线染色体长大，具有宽达0．1～0．2μm的区带，所以利用玻棒受热拉制的直径小于1μm的纤维细尖，在浸油的染色体标本上划动就很容易地能刮下目的片段，然后转到收集液滴中进行克隆。1981年Scalenghe等对果蝇未染色的唾腺X染色体第3节区进行了成功的克隆，切割6个片段，得到80个克隆。1989年Donelies等又发展了一种激光切割技术，借助激光光束将染色体片段从制片上切割并分离出来。这样用显微切割技术所得到DNA片段就可以用微克隆的方法建立起染色体区域特异的DNA文库，使越来越多的遗传性状正在定位于特定的染色体上。

目前在昆虫学中对识别和分离基因或DNA片段的工作还刚刚开始，这些新技术在多线染色体方面的应用必将大大地促进对染色体细微结构及其功能的研究，特别是对基因分析和病媒昆虫遗传工程的研究。

。【参考文献】：

1 Coluzzi M,et al. Chromosomal differentiation and adaption to human environments in the Anopheles gambiae complex. Trans R Soc Trop Med Hyg, 1979,73:483

2 Kubli E. The genetics of transfer RNA in Drosophila. Adv-ances in Genetic, 1982.21:123

3 N．麦克莱恩，等主编．真核基因．朱作言等译．北京：科学出版社，1987，70

4 Graziosi C,et al. Method for In Situ hybridization to poly-tene chromosomes from ovarian nurse cells of Anopheles gambiae. Journal of Medical Entomology,1990,27(5) :905

5 许漱壁，等．赫坎按蚊与中华按蚊染色体的比较研究．昆虫学报，1991，34(3)∶380

6 Wesly C S,et al. Cloning regions of the Drosophila genome by microdissecton of polytene chromosome DNA and PCR with non -Species primer. Nucleic Acids Res,1991,18 :599

7 孙正昌等．染色体技术在寄主汾类和防治中的应用，中间血吸虫病防治杂志．1993，5(2)∶127

(山东省寄生虫病防治研究所孙延昌研究员、邓守俭讲师撰)