鱼类染色体研究进展

鱼类染色体研究进展

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高 文(宁德师范高等专科学校生物系,福建宁德 352100)

摘要:综述了鱼类染色体在核型和显带技术研究及多倍体技术研究方面的概况和新进展.

关键词:鱼类;染色体核型;染色体显带;多倍体技术

中图分类号:Q 959 文献标识码:A 文章编号:1004-2911(2005)01-0015-03

全世界现存鱼类有22000多种,是脊椎动物中分布最广、种类最多的类群,体现多种多样的生物学特性,具有重大的经济价值.在脊椎动物中,鱼类的染色体较小,数目偏多,研究工作难度较大,进展较为缓慢,但鱼类与人类生产、生活休戚相关.保护鱼类资源,进一步开发鱼类资源,发展鱼类养殖业造福人类,对其染色体的研究必将越来越重要.本文对国内外在鱼类染色体核型、带型及染色体组多倍体研究方面成果及新进展做一概述.

1 核型研究

早期对鱼类染色体的研究,由于方法上的限制,进展缓慢.椐不完全统计,截至1980年,报道染色体核型的鱼类有1076种,到1985年已增加到1600余种[1].人们对鱼类染色体的研究,近些年发展较快,

仍偏重于核型分析.到目前为止,已报道染色体核型的鱼类有2100种左右,约占总数的10%[1~

9].这些有染色体记载的鱼类主要集中在鲤形目和鲈形目,每个目都有150种以上,且大多数为淡水鱼类.

2 显带技术研究染色体的显带技术可以揭示染色体的精细结构,从而检测出同型染色体之间的细微结构区别,是染色体研究必不可少的手段.染色体显带技术运用于鱼类染色体结构分析,推进了人们对鱼类遗传物质的深化研究,并且取得了一系列重大成果.

2.1 Ag-NORs

硝酸银特异地染色与NORs 结合的酸性蛋白,使该区域呈黑色.Ag-NORs 法应用于鱼类染色体研究中获得可靠的结果,成为研究鱼类物种间的亲缘关系以及染色体进化的一个指标[2~8].多态性是动物染色体Ag-NORs 的一个重要特征.鱼类的Ag-NORs 一般只呈现数目多态和形态多态等2种表现形式,有些研究认为鱼类的这两种多态现象无个体特异性.因此关于Ag-NORs 的多态性一度被认为是rDNA 转录活性差异的反映,即有转录活性的NORs 方能被银染,失活的NORs 则不能被银染[9].然而,近几年有些研究表明,某些动物种内Ag-NORs 多态性的表现可能是遗传变异的产物,例如不同地理位置的红点鲑交配群的Ag-NORs 数目及分布多态的检测以及某些动物中Ag-NORs 数目及形态的个体特异性研究等文献都证实,Ag-NORs 多态性是可以遗传的[8].

任修海等[8,10]对黄鳝进行了Ag-NORs 多态性及荧光显带的研究,发现黄鳝染色体Ag-NORs 具有明显的个体特异性的数目多态、分布多态和形态多态现象.已证实黄鳝Ag-NORs 位置变化实质上是由于NORs 分布多态性,而不是Ag-NORs 的失活所致.Ag-NORs 多态性可以作为核型进化的指标来探讨近缘物种间或物种内不同地理居群间的关系.王蕊芳等[11]通过对不同地理区域鲫鱼染色体银染核仁组织者的比较,认为在鱼类进化中,随着NORs 增大和数目的增加,DNA 和rDNA 数量也随之增

第17卷第1期 宁德师专学报(自然科学版)

2005年2月 Journal of Ningde Teachers College(Natural Science)Vol 117 No 11 F eb.2005

X 收稿日期:2004-12-03作者简介:高 文(1966-),女,讲师,福建福鼎人,现从事高校生物教学及研究.

加,这种鱼类比NORs 小而少的鱼类较为特化.

2.2 C-带

鱼类染色体经碱性溶液处理后,染色体上的常染色质被抽掉,结构异染色质则大部分被保留下来而被深染.C-带染色可使鱼类染色体上的3个区域呈阳性,既着丝粒、端粒区和居间区(包括NORs)[2~6,13].就目前所做过的鱼染色体的C-带分析表明,每种鱼都有部分染色体的居间区被染色,其中深染居间区(即NORs)除少数几种鱼外[12],几乎都在C-带深染,而且染色面积大,甚至占了整个臂.每种鱼的整套染色体中都只有部分染色体的端粒区被着色.有些鱼的所有染色体着丝粒区着色.这是由于各区域的异染色质化程度不同造成的,导致部分区域的异染色质化极低的DNA 被抽提掉而不着色.由于C-带可使鱼类染色体的NORs 深染,因此,C-带可用来研究鱼类NORs 多态性.

2.3 荧光带

CMA 3(Chromomycin A 3)是一种GC 碱基特异性的荧光染料,用B 可激发出明亮荧光,特异性地显示鱼类染色体的NORs [3,13].CMA 3与NORs 处的rDNA 结合,而不是与NORs 结合的酸性蛋白结合,因此不论NORs 失活与否,用CMA 3染色都可使其显示出来,从而可用于研究NORs 的多态性及活性,鉴定实际NORs 的数目.另外CMA 3可用于鉴别性染色体.在核型分析中,绝大多数鱼类未见到异型性染色体,因此需要用显带技术来鉴别.任修海等[10]采用CMA 3染色发现,大鳞副泥鳅的NORs 分布具有性别特异性.雄性个体中的NORs 存在于一对中等大小的m 染色体上;雌性个体中的一个NORs 存在于m 染色体上,另一个位于sm 染色体上.从而初步推测,大鳞副泥鳅可能具有ZW 型性别决定机制.

2.4 复制带

Brdu-Hoechst-Giemsa 显带机制建立在胸腺嘧啶脱氧核苷的类似物Brdu 在S 期能渗入到进行复制的DNA 中的基础上[14].Brdu 标记的染色体片段染成淡蓝色,为晚复制区;Brdu 没有标记的染色体片段染成暗红色,为早复制区.洪云汉等发现鱼类染色体的复制带和哺乳动物一样,早复制带对应R-带,晚复制带对应G-带[14].他们采用肾细胞培养的方法对鲢鱼等3种鱼进行了复制带的研究[14],张任培等采用外周血培养和肾细胞培养的方法做了鲫鱼的复制带[15],都取得了令人满意的结果,复制带带纹清晰、稳定.获得清晰稳定的复制带,对进一步深入细致研究鱼类染色体有极大的帮助,同时可以用于鉴别性染色体,识别由于染色体重排而导致的核型变异和多态现象,区别相近物种之间的染色体等

[16].

2.5 其它带型

许多学者对C-带、R-带、Q-带等做过尝试,由于染色体带型模糊或不显示,重复性很差,难以取得理想效果.虽然偶有报道,但却仅仅是个别成功之例.对于鱼类染色体,有些学者还进行了限制性内切酶显带、减数分裂联会复合体及其它带型的研究[2,17].

3 多倍体技术

高等脊椎动物中,多倍体现象是比较罕见的,但在鱼类中多倍体现象较为普遍,我国已研究过核型的200多种淡水鱼中,已发现30多种多倍体类型[1].胭脂鱼科(Catastomidae)几乎所有的种都是多倍体.它们的染色体为4N=96~100[18],而它们的亲缘种的二倍体则为2N=50.鲑科鱼类中的多倍体现象也很普遍.多倍体是研究鱼类进化、生态、遗传与育种的良好材料.鱼类中有着广泛的可能偶然发生的多倍体.但发现和利用这些偶然发生的多倍体还很困难,而且也是远远不够的.因此人们试图用人工方法诱导鱼类多倍体.目前人工诱导多倍体进展较快,主要方法有温度休克、静水压休克、化学药物处理、电休克处理等.

3.1 温度休克

包括热休克和冷休克.Ueno(1984)用冷休克诱导鲤鱼发现三倍体比率达91.67%,Recoubratsky (1992)报道了俄罗斯进行工厂化大规模培育鲤鱼三倍体实验中,三倍体诱导率达80%~100%.日本工#

16# 宁德师专学报(自然科学版) 2005年2月

厂化诱导三倍体香鱼采用冷休克法,三倍体为90%.陈敏容等[19]用白鲫(2N=100)为母本,红鲤(2N=100)为父本进行属间杂交,受精卵再经热休克处理使染色体加倍,获得四倍体鲤鲫杂种鱼苗(4N =200).温度休克影响关键是开始处理时间、温度高低和持续处理时间.为了增加刺激强度,冷水性鱼常用热休克,温度范围不超过该鱼致死温度;温水性鱼类如鲤科鱼可用冷休克,也可用热休克.

3.2 静水压休克

Chourrout [20]通过静水压处理得到了四倍体虹鳟,并达到了性成熟.日本高山繁昭(1992)通过静水压处理得到了较高比例的牙鲆四倍体.Pepper(1996)对大西洋鲑三倍体的诱导中,发现静水压处理效果比热休克效果好.桂建芳[21]用静水压处理诱导鱼类三倍体和四倍体,在受精后3min,用600kg/cm 2静水压处理得到保留第二极体的三倍体水晶彩鲫;在受精后用550kg/cm 2静水压处理得到了抑制受精卵第一次分裂的水晶彩鲫四倍体.静水压处理诱导鱼类多倍体的作用效果主要受开始处理时间、压力强度、处理持续时间等3个因素的影响,处理得当对受精卵的损伤小,所得到多倍体后代成活率较高.

3.3 化学药物处理

诱导多倍体的化学试剂有细胞松弛素B 、聚乙二醇(PEG)、6-二甲基氨基嘌呤(6-DMAP)、咖啡因、N 2O 和CH ClF 2等麻醉剂.Ueda(1986)用聚乙二醇处理虹鳟精子和卵子,结果得到1/3的三倍体虹鳟胚胎.Allen(1981)用细胞松弛素B 处理受精卵获得四倍体和三倍体.Johnstone(1996)认为N 2O 在大麻哈鱼多倍体的诱导中使用效果同热休克差不多.化学药品一般具有毒性,对生成个体的活性有负面影响,在鱼类多倍体诱导中有一定的局限性.

3.4 电休克

T eskeredzic(1993)使用热休克和电休克刺激相结合方法诱导大麻哈鱼三倍体获得成功,将受精40min 的卵置于26e 中并给予10min 的交流电10V 休克可得到100%三倍体.贾方钧(2001)电激诱导多倍体的最佳条件为:受精卵分别在非电解质的甘露糖溶液和电解质的含5%小牛血清的细胞培养液中接受电激,细胞的融合效率差别不大,但融合后胚胎发育成活率有明显差别,细胞在非电解质溶液中损伤较小,得到的多倍体后代成活率高.

我国鱼类多倍体育种研究始于20世纪70年代,已成功进行诱导草、鳙、鲤、鲫、鲢、罗非鱼、胡子鲶、虹鳟、大黄鱼、真鲷、牙鲆等20多种鱼类多倍体试验鱼,其中三倍体的异育银鲫、湘云鲫、湘云鲤已达到实用化生产阶段.但多倍体研究中还存在很多未解决的问题,制约了鱼类多倍体技术在生产上的大规模应用.随着多倍体鱼类生物学的不断深入研究和现代生物技术的发展,鱼类多倍体育种技术会更多更快地应用于鱼类的商品生产中,为人类做出更大贡献.

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Advances in study of fish chromosome

GAO Wen

(Department of Biology,Ningde Teachers College,Ningde F ujian 352100,China)

Abstr act: This paper summarizes the general condition and the latest developments in study of fish chro 2mosome,including research of karyotype,and technology of chromosome banding and polyploid.

Key words: fish;karyotype;chromosome banding;technology of the polyploid #

18# 宁德师专学报(自然科学版) 2005年2月