基因組- genome survey(1)

尚未進行基因組測序的物種,在進行基因組測序前,首先需對該物種進行 genome survey。
一般通過兩個途徑:細胞遺傳學(這里只講流式細胞術(shù))和基因組測序

1、基因組大小定義

(1)基因組大小指生物個體單倍體基因組所含的 DNA 總量?;蚪M大小一般用重量衡量,用 pg(皮克)作為常用單位。有時候也用道耳頓(KD)、核苷酸堿基對的數(shù)量(Mb)等方式表示。pg 與常用單位 Mb 之間可以
轉(zhuǎn)換,1pg 約等于 978Mb(這個數(shù)值估計隨著較好參考基因組的出現(xiàn),會有變化,如果粗粗估計,倒也無妨)。
(2) DNA-C 值的含義
DNA-C:某一生物體的配子體的 DNA 含量就稱為 DNA-C 值(傳統(tǒng)的叫法,表示基因組大小,二倍體生物,DNA-C和基因組大小是相等的。實際上如果是多倍體,此叫法不嚴謹)
DNA-1C:一個物種配子核中沒有復制時的 DNA-C 值(考慮倍性,只考慮配子體DNA含量)
DNA-2C:成熟植物的體細胞 DNA含量稱為 DNA-2C 值(這個是最重的,用來計算基因組大?。?br> (3)基因組大小的概念
單個染色體組 DNA 含量稱為該物種的基因組大小,通過DNA-2C 值除以倍性的公式計算。
例如,二倍體的一粒小麥(Triticum monococcum),體細胞DNA含量為12.45pg,則其 DNA-1C(等于DNA-C)值為12.45/2=6.23pg,即基因組大??;四倍體栽培二粒小麥(Triticum dicoccum),DNA-2C 為
24.05pg,則其 DNA-1C 值為 24.05/2=12.03pg,而基因組大小則為 24.05/4=6.01pg。

2、流式細胞術(shù)

(1)流式細胞術(shù)原理
流式細胞儀的原理是通過發(fā)揮熒光染料定性定量與 DNA 雙鏈碳架結(jié)構(gòu)相結(jié)合的特性進行測量的。
具體來看,熒光信號的強弱與DNA 含量正相關(guān),結(jié)合的 DNA 越多,則引發(fā)的熒光強度也就越強。
所以就有如下公式:

image.png

(2)物種倍性鑒定
目前主要有兩種類型:(1)直接鑒定法:即染色體計數(shù)方法,這是確定倍性最基本和最精確的方法。目前采用壓片法和去壁低滲法進行染色體標本制備。通常以根尖為材料。去壁低滲法比常規(guī)壓片法具有若干優(yōu)點,是當前植物染色體研究中的重要方法。但是這種方法需要裝備良好的實驗室條件和富有經(jīng)驗的技術(shù)人員,而且操作過程比較繁瑣,工作量大。但是普通的壓片法和去壁低滲法都無法避免染色體重疊,背景對比不明顯產(chǎn)
生的干擾。 (2)間接鑒定法:主要包括流式細胞分析法、氣孔大小及保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)目鑒定法、植株形態(tài)指標鑒定法等幾種方法。
流式細胞術(shù)(FCM)倍性鑒定
植物細胞的倍性和細胞核 DNA 的含量相關(guān)聯(lián),G1期DNA含量可間接反映該細胞的倍性水平
用已知染色體數(shù)目及倍性的標準樣品作為外標,采用 FCM 可以快速準確檢測在同一物種范圍內(nèi)不同倍性的樣品。
二倍體山櫻花

四倍體櫻桃

現(xiàn)在有個問題,如果沒有染色體數(shù)目及倍性的標準樣品,應該怎樣鑒定呢?
(4)染色體核型分析
染色體核型分析是以有絲分裂中期染色體為研究對象。
第一步是染色體數(shù)目的確定:直接計數(shù)法、原位雜交(ISH)及熒光原位雜交(FISH)
二穗短柄草2n=30(異源四倍體)和2n=20(二倍體)-FISH法)

第二步是染色體屬性分析:根據(jù)染色體的長度、著絲點位置、長短臂比例、隨體的有無等特征,并借助顯帶技術(shù)對染色體進行分析、比較、排序和編號,根據(jù)染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的變異情況來進行診斷。
主要以下四種情況:
①中央著絲粒染色體:著絲粒位于染色體的中部,兩臂長度相等或大致相等。
②亞中央著絲粒染色體:接近中部, 染色體的兩個臂長短不一。
③近端著絲粒染色體:靠近染色體一端,長臂極長,短臂極短,甚至不易覺察。
④末端著絲粒染色體:位于染色體末端,只有一條臂。
黃薇染色體核型模式圖

Ref:
1、香蕉種質(zhì)資源基因姐類型 的分子標記及倍性鑒定
2、蠟梅科植物基因組大小預測與核型分析
3、櫻屬部分種倍性及基因組大小研究
4、應用流式細胞術(shù)測定藥用植物黃芩基因組大小
5、紫薇屬及近緣屬13 種植物基因組大小測定

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