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方法文章

利用荧光染料显带与45S和5S rDNA-FISH对忽地笑(Lycoris aurea)野生种群进行核型比较分析

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DOI:

10.3791/67363

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2024年11月29日

 ,  , 

通讯作者: Xianghui Jiang <jxh@hhtc.edu.cn>

本文内容

摘要

本实验方案利用PI与DAPI联合染色法、针对18S-5.8-26S核糖体RNA基因区域(45S rDNA区域)的荧光原位杂交(FISH)以及5S核糖体DNA探针,研究了忽地笑(Lycoris aurea (L′Her) Herb)八个种群中的异染色质分布情况。

摘要

为了了解八个群体的核型变异,通过染色体测量、荧光带型以及rDNA FISH信号,系统建立了详细的核型。每个群体中45S rDNA位点的数量从一对到五对不等,最常见的核型含有四对45S rDNA位点。45S rDNA位点主要位于染色体的短臂及末端区域,而5S rDNA位点则主要分布在短臂的末端或近端区域。HBWF、HNXN、HBBD和HNZX群体表现出相似的45S rDNA位点分布模式,GXTL、HBFC和SCLS群体亦如此,表明具有相似45S rDNA位点分布的群体之间存在较近的亲缘关系。所有研究群体的核型均为对称型,包含稳定的和亚稳定的着丝粒,或完全由稳定的着丝粒组成。MCA与CVCL的散点图可有效区分它们的核型结构。分析共包含六个定量参数(x、2n、TCL、MCA、CVCL、CVCI)。此外,结果表明,基于这六个参数的主坐标分析(PCoA)是确定这八个群体间生物学核型关系的可靠方法。Lycoris群体的染色体基数为x = 6–8。结合本研究结果与已有文献,从基因组大小、异染色质、45S和5S rDNA位点以及核型不对称性等方面讨论了这些群体的基因组分化。

引言

Lycoris 是一个包含多种重要园艺植物的科1。Lycoris aurea (L'Hér.) Herb. 是一种具有悠久历史的传统中草药植物。植物化学分析表明,Lycoris aurea (L′Her.) Herb. 含有加兰他敏及其他生物碱,可增强乙酰胆碱敏感性,作为胆碱酯酶抑制剂在治疗阿尔茨海默病方面具有潜在应用价值2。

在高等植物中,核型分析对于整合遗传图谱与物理图谱具有重要意义,并在植物生物学中具有重要的实际应用价值。该分析可用于染色体水平的基因组表征、明确种群间的细胞分类学关系、鉴定遗传异常以及理解染色体演化趋势3,4,5。通常,核型描述包括染色体数目、染色体的绝对长度与相对长度、主缢痕和次缢痕的位置、异染色质片段的分布、rDNA位点的数量与位置以及其他DNA序列特征,还包括核型不对称性6,7,8。在诸多....

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方案

本研究中使用的所有试剂和设备详见材料表,所用探针列于补充文件1中。

1. 顶端染色体的制备

  1. 采用水培法获取根系。去除鳞茎地上部分后,将其置于装有水的锥形瓶中,每3天更换一次水,具体方法参照Song等人的描述35。
  2. 当根尖生长至约1.0–2.0 cm时,切取活跃生长的根尖,用饱和α-溴萘溶液在28 °C下处理1.0 h。
  3. 将根尖截取至约1 cm,放入新配制的甲醇与冰醋酸按3:1体积比混合的固定液中,在室温(约20–25 °C)下固定2–3 h,随后按照She等人的方法36,于4 °C冰箱中保存。
  4. 用重蒸水充分清洗固定后的根尖(2–3 mm)。
  5. 在pH 4.5的0.01 mM柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液中配制含1%纤维素酶和1%果胶酶的混合酶液。将预处理后的根尖放入该混合液中,在28 °C下酶解1.0–1.5 h。
  6. 用重蒸水清洗酶解后的根尖,转移至载玻片上,用尖头镊子加入固定液并充分压碎。
  7. 将载玻片在酒精灯火焰上烘干,直至水雾刚好消失。在相差显微镜下挑选分裂相多于五个且染色体无重叠的片子,于-20 °C保存备用。

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结果

通过采用精细的酶浸解与火焰干燥(EMF)方法,获得了分散良好且分化清晰的中期染色体 Lycoris aurea (L'Hér.)Herb 的细胞遗传学染色体核型被获得,并进行了分析。 石蒜 构建了(图1)。凝缩程度最高的中期染色体由于形态学差异减小,不适合用于核型分析。然而,由于单倍体染色体总长度(TCL)在不同群体间具有可比性,因此可用于区分不同核型 Lycoris aurea 通过比较TCL值的差异,可以实现对种群的区分。八个种群的核型特征和核DNA含量 Lycoris aurea 如图所示 表1荧光带的分布以及45S和5S rDNA位点的位置如图所示。 表2. 图2 显示染色体的测量数据,以及荧光带型特征和45S与5S rDNA FISH信号的位置及大小。

二倍体染色体数目如下:GXTL为2n = 16 = 8m + 8.......

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讨论

Lycoris aurea(L'Hér.)Herb 根染色体的制备包含多个关键步骤:(1)通过水培法培养根系,(2)用饱和的 α-溴萘处理根尖,(3)使用乙醇-乙酸混合液固定根组织,(4)用酶解液对根尖进行酶解处理,(5)充分压片消化后的根组织,并在酒精灯火焰上烘干载玻片。

准确的染色体测量对于细胞遗传学研究中的核型分析至关重要。染色体应表现出明显的凝缩状态和清晰可辨的边界;否则,将难以准确计算染色体参数5。既往的细胞遗传学研究表明,有丝分裂染色体的形态分化程度取决于其凝缩程度4,36。当凝缩不足时,染色体臂的末端可能仍处于去粘连状态,导致染色体边界模糊不清。然而,当染色体达到最大程度凝缩时,不同染色体之间的形态差异会减小。因此,在染色体数目较少的物种中,选择具有中等凝缩程度的染色体对于染色体的识别与测量尤为关键。

探针标记对于成功的FISH原位.......

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披露

作者声明不存在任何竞争利益。

致谢

本工作受到国家自然科学基金(32070367)的资助。

....

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
酒精Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.A500737-0005(70%, 90%, 100%)
1× TNT生工生物工程(上海)股份有限公司B5481081×, 10×
2× SSCSangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.B5481092×, 20×
45S rDNA生工生物工程(上海)股份有限公司TAMRA 被添加到两端(5' 和 3' 端)
4'6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.E60730320 ml
5S rDNASangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.5'端加6-FAM(FITC)
Adobe Photoshop 软件Adobe 系统公司CS6
α-溴代萘Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.A602718饱和度
抗倦怠剂Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.Vectashield H-100010 mL
生化培养箱上海伊恒科学仪器有限公司LRH-70
纤维素酶Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.A42606810 g
柠檬酸Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.A50170210 g
去离子甲酰胺(FAD)Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.A600211-05000.7
葡聚糖硫酸盐Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.A42822910 mL
荧光原位杂交仪器美国/雅培 ThermoBriteS500-24
荧光显微镜Olympus 中国 有限公司BX60
冰醋酸Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.A501931500 mL
HClAladdin 试剂 公司 有限公司(上海)H399657500 mL
制冰机Dan Ding 上海国际贸易有限公司ST-70
徕卡生物显微镜德国徕卡仪器有限公司DM6000B
甲醇Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.A601617500 mL
MetMorph 软件Molecular Devices版本 7.35
烘箱赛默飞世尔科技™ Heratherm™THM#51028152
果胶酶Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.A00429710 g
胃蛋白酶Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.1.07185100 g
碘化丙啶(PI)Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.A4252591 g
RNaseASangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.R464210 mg
鲑鱼精子DNA(ssDNA)Aladdin 试剂 公司 有限公司(上海)D1198711 g
柠檬酸钠Aladdin 试剂 公司 有限公司(上海)S18918310 g
Statistica for Windows 10.0 用于统计分析

参考文献

  1. Heywood, V., Casas, A., Ford-Lloyd, B., Kell, S., Maxted, N. Conservation and sustainable use of crop wild relatives. Agric Ecosyst Environ. 121 (3), 245-255 (2007).
  2. Rong, W., Sun, J., Zhang, H., Wang, H., Liu, H. Cloning and characterization....

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