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葎草单染色体的显微分离及DOP-PCR技术体系建立



全 文 :第44卷 第6期
2016年11月
河南师范大学学报(自然科学版)
Journal of Henan Normal University(Natural Science Edition)
  Vol.44 No.6
  Nov.2016
  文章编号:1000-2367(2016)06-0126-05  DOI:10.16366/j.cnki.1000-2367.2016.06.022
葎草单染色体的显微分离及
DOP-PCR技术体系建立
秦瑞云,李双双,李书粉,袁金红,高武军,邓传良
(河南师范大学 生命科学学院,河南 新乡453007)
摘 要:葎草是具有XX/XY1Y2 性染色体系统的雌雄异株植物,是研究植物性染色体演化的模式材料之一.
利用染色体显微分离技术从葎草根尖有丝分裂中期分裂相中将单条染色体进行了显微分离及DOP-PCR(Degener-
ate oligonucleotide primer-PCR)扩增,并构建了单染色体DOP-PCR扩增产物的荧光探针,对葎草根尖有丝分裂中期
分裂相染色体进行了荧光原位杂交,其结果表明荧光信号分布在所有的染色体上,表明所建立的技术体系能够成功
分离葎草单染色体并进行DNA扩增.本研究结果为进一步进行葎草X,Y染色体的细胞及分子生物学研究提供了
技术支持.
关键词:葎草;单染色体;显微分离;DOP-PCR
中图分类号:Q37 文献标志码:A
葎草(Humulus.japonicas L.)为桑科(Moraceae)葎草属(Humulus)一年生或多年生枝蔓性草本雌雄
异株植物,其性别由X性染色体/常染色体平衡控制:当X性染色体/常染色体比率为1时为雌性,当比率为
0.5时为雄性[1],基因组大小为1.7pg[2].葎草雌株为2n=16=14+XX,雄株为2n=17=14+XY1Y2[3],其
性染色体非常容易辨认,X染色体是最大的染色体,Y染色体比最大的常染色体要大[4].葎草性染色体演化
处于性染色体演化非常重要的阶段,因此是研究性染色体演化的模式材料之一[1].荧光原位杂交技术和改良
C带技术相结合,以5SrDNA,45SrDNA、末端重复序列 HJSR为探针的研究表明,X染色体短臂上有一个
富含AT序列的区域,Y1 含有两个富含AT序列的区域,Y2 则是完全没有信号;Y1 染色体两条臂亚末端部
区域均分布有 HJSR荧光信号,而Y2 染色体上无荧光信号分布.因此,我们通过这些荧光信号分布,在细胞
形态学上能够轻易地分辨出性染色体与常染色体[5].借助激光切割技术,Yakovin等在葎草花粉母细胞减数
分裂中分离出XY1Y2 性染色体,并进行了DOP-PCR扩增、涂染及DNA文库的构建[6].性染色体连锁分子
标记的获得不但可以用于葎草早期的性别鉴定,而且有助于葎草性染色体演化的研究,前期,许多学者在这
方面做了大量工作[7-11].
自从Scalenghe第一次建立染色体微分离和微克隆技术到目前已经发展了将近30多年[12].经过许多学
者的改进[13-16],染色体微分离和微克隆已经成为从特定染色体和/或染色体特异区域分离DNA的有效和
直接的方式[17].分离的DNA在基因组研究中具有许多作用,包括(1)构建遗传连锁和物理图谱,(2)筛选进
行染色体涂染的探针,和(3)组装染色体特异表达序列标签(EST)库[18-19].显微分离技术已经被应用于菠菜
(Spinacia oleracea)、芦笋(Asparagus officinalis)、白麦瓶草(Silene latifolia)、酸模(Rumex acetosa)、葎
草等雌雄异株植物性染色体的分离、鉴定、DNA文库构建及特异重复序列获得等方面的研究[6,20-24].
在前期研究中,葎草XY1Y2 性染色体是作为一个整体从葎草花粉母细胞减数分裂相中分离出来,而要
分离X,Y1,Y2 性染色体特异序列,一种非常重要的方式是分别将X,Y1,Y2 性染色体分别进行分离和克隆.
收稿日期:2016-04-07;修回日期:2016-10-01.
基金项目:国家自然科学基金项目(31000165);河南省高校科技创新团队(17IRTSTHN017);河南省高等学校青年骨干
项目资助(2014GGJS-050).
第1作者简介:秦瑞云(1976-),女,山东菏泽人,河南师范大学实验师,主要从事植物分子遗传学研究.
通信作者:邓传良(1975-),男,山东菏泽人,教授,博士,主要从事植物分子遗传研究,E-mail:DCL75@163.com.
基于此,本研究将葎草单条染色体进行了显微分离、DOP-PCR扩增及FISH验证,建立了相应的技术体系,
研究结果为进一步分离葎草X,Y染色体奠定了基础.
1 材料与方法
1.1 植物材料
本研究所用的材料为野生葎草萌发的不定根.在八月中旬,等葎草雌、雄花绽放,鉴别雌、雄株,分别选取
葎草雌、雄茎段进行水培,萌发不定根用于本实验研究.
1.2 葎草单条染色体的显微分离及DOP-PCR扩增
参考Kato等[25]的方法进行葎草单条染色体的制备、微分离及微克隆.待水培茎段不定根萌发长到1.0
~2.0cm长.切断的根尖用笑气处理2h,然后用冰冷的90%乙酸固定10min,于70%乙醇中-20℃保存
备用.在冰上对根尖进行清洗,生长点部分用1%果胶酶Y23(Yakult Pharmaceutical Tokoyo)和2%纤维素
酶Onozuka R-10(Yakult Pharmaceutical Tokoyo)混合液于37℃酶解50min.酶解后,根尖用70%乙醇清
洗一次,然后用100%乙醇再清洗一次.用大头针将根生长点部分仔细捣碎,用100%乙醇将溶液室温重旋
30s以分离细胞.通过离心将细胞收集在离心管底部,用90%乙酸进行重旋.将细胞悬浮液滴再放在湿盒内
的玻璃制片上,慢慢展片.根尖细胞立即用于微分离.用固定在倒置显微镜(奥林巴斯1M,日本)上显微操作
仪(LeitZ)上的玻璃针将葎草中单条染色体进行分离.
分离的单条染色体被收集在Eppendorf管中,用蛋白酶K(Roche,Mannheim,Germany)进行消化.参考
Telenius等[26]的方法,利用简并寡核苷酸引物5’-CCG ACT CGA GNN NNN NAT GTG G-3’对单条染色
体进行PCR扩增.在所有的操作过程中,执行严格的阴性对照试验.
1.3 单染色体DOP-PCR扩增产物验证
为了进一步验证单条染色体DOP-PCR扩增产物来源于葎草基因组,利用 Han等[27]的方法对葎草中期
分裂相染色体进行制备.借助切口平移方法,用Chroma Tide Alexa Fluor 488-5-dUTP对微分离单条染色
体第二轮扩增产物进行荧光标记并作为探针.探针混合液(20ng/μL,用2×SSC和1×TE混合液进行稀
释)首先在沸水中变性5min,然后放置在冰上.每一张制片用6μL探针溶液.杂交时,制片先在100℃处理
5min,接着55℃于湿盒里放置过夜.杂交后,制片用2×SSC溶液进行清洗,然后用Vectashield防淬灭剂
(包含1.5μg/mL DAPI,Vector Laboratories,Burlingame,CA,USA)进行处理.用蔡司荧光显微镜(Zeiss,
Germany)上的 Magnafire CCD相机对图像进行捕捉,用Photoshop 7.0软件对图像进行处理.
2 实验结果
2.1 单条染色体的鉴定、微分离及扩增
在葎草中期分裂相中,随机选择一条单染色体(图1a),利用玻璃针将该条染色体进行分离(图1b).每一
个分离的染色体单独放在一个管中,被用来进行DOP-PCR扩增.经过两轮连续扩增后,用1%琼脂糖凝胶电
泳进行检测,可以看到所扩增的DNA分子量在500~2000bp(图2泳道2)范围内呈现弥散量的条带.作为
控制可能DNA污染的阴性对照,无模板DNA的阴性对照试验在微分离和扩增的所有过程中均同步执行.
如图2泳道1所示,阴性对照没有扩增出DNA产物.
2.2 单染色体DOP-PCR扩增产物验证
借助切口平移方法,用Chroma Tide Alexa Fluor 488-5-dUTP对单染色体DOP-PCR扩增产物进行荧
光标记,在没有封阻的情况下,与葎草根尖中期分裂相染色体进行杂交,荧光信号分布在所有染色体的所有
区域(图3).
3 讨 论
对于X/A比率决定性别的雌雄异株植物(如酸模),X染色体对于雌雄株都是必需的.多个Y染色体系
统可能来源于两种方式:一种是来源于常染色体与X染色体的易位(由于易位的发生,同型的X、Y染色体
721第6期            秦瑞云,等:葎草单染色体的显微分离及DOP-PCR技术体系建立
变成了异型的X,Y染色体,后来为了保持一个平衡的核型,正常常染色体与原始Y染色体共分离,从而导
致两个Y染色体的产生);另一种来源于XY性染色体的断裂事件(Y染色体着丝粒区域的断裂形成了两个
具端着丝粒的性染色体(Y1 和Y2),后来两个具端着丝粒染色体形成等臂染色体,最后两个新形成的Y染色
体在臂的一端缺失了同源区域的部分)[28].目前,不清楚易位事件是否在酸模中发生,因为同种类型的重复
序列分布在所有的Y染色体上(Y1 和 Y2),表明 Y1 和 Y2 染色体具有共同的起源[24,29].因此,对于XX/
XY1Y2 性染色体系统的雌雄异株植物,Y染色体起源问题仍是一个悬而未决的事件.作为XX/XY1Y2 性染
色体系统代表植物葎草,本研究借助染色体显微分离技术,成功的将其单条染色体进行显微分离及DOP-
PCR扩增(图1,图2).当将荧光标记的单条染色体DOP-PCR扩增产物与葎草根尖中期分裂相进行杂交时,
荧光信号分布在所有染色体上(图3),这一结果表明微分离的单条染色体DOP-PCR扩增产物来源于葎草基
因组.同时,我们可以看到单染色体扩增产物荧光标记没有特异的杂交到某条染色体上,这可能是由于植物
染色体上具有许多同源的重复序列.不过,我们可以借助一些技术手段如单染色体差减杂交、单染色体EST
序列快速克隆等来获得单染色体特有的序列,从而为研究单染色体的起源演化奠定基础.
本研究结果建立了葎草单染色体显微分离技术体系,为进行X,Y染色体的细胞及分子生物学研究提供
了技术支持,同时也为探讨Y染色体可能的演化方式提供了新的思路.
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参 考 文 献
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Automatic Evaluation of Local Coherence in Chinese
EFL Learners′Essays with WordNet
LIU Guobing
(School of International Studies;The Corpus Research Center,Henan Normal University,Xinxiang 453007,China)
Abstract:We selected 80essays with the same title and extracted the coherence predicting factors with WordNet;then
we built an automatic local coherence evaluating model of learners′essays.The result of confirmatory test shows there is signif-
icant linear relation between the predicting scores by the evaluating model we built and the human-made scores.
Keywords:WordNet;learners′essays;local coherence;evaluating model
(上接第129页)
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Establishment of DOP-PCR Amplification System for Microdissecting
Single Chromosome in Humulus japonicas
QIN Ruiyun,LI Shuangshuang,LI Shufen,YUAN Jinhong,GAO Wujun,DENG Chuanliang
(Colege of Life Science,Henan Normal University,Xinxiang 453007,China.)
Abstract:Humulus japonicas is dioecious plants with XX/XY1Y2sex chromosome system,which is one of model mate-
rials for studying sex chromosome evolution.In this study,the single chromosome of Humulus japonicaswas microdissected
and amplified from roots tip on mitosis metaphases.Then,the DOP-PCR products amplified from the single chromosome were
labeled with Alexa Flour-488by nick translation method and hybridized to the chromosomes of female Humulus japonicaspla-
nts.The fluorescence signals were distributed on al chromosomes.The results showed that the single chromosome of Humulus
japonicaswas successfuly microdissected and amplified,which found a basis for microdissect the X or Y chromosome of H.ja-
ponicas.
Keywords:Humulus japonicas;single chromosome;microdissection;degenerate oligonucleotide primer-PCR
851 河南师范大学学报(自然科学版)                2016年