5.15
Chromosomy polietylenowe to gigantyczne chromosomy interfazowe z kilkoma nićmi DNA umieszczonymi obok siebie. Zostały odkryte w roku 1881 przez Balbia…
Zazwyczaj, gdy komórka diploidalna się dzieli, najpierw duplikuje każdy ze swoich chromosomów. Następnie komórka rozprowadza kopię każdego chromosomu między dwiema komórkami potomnymi, tak aby każda komórka potomna otrzymała pełny zestaw chromosomów.
Niektóre komórki przechodzą wiele cykli duplikacji chromosomów bez przechodzenia jakiegokolwiek podziału komórkowego. Takie komórki, zwane komórkami poliploidalnymi, zawierają wiele zestawów każdego chromosomu.
W komórkach gruczołów ślinowych larw Drosophila proces ten jest doprowadzony do skrajności. Tutaj generowane są setki do tysięcy kopii każdego chromosomu bez żadnego podziału komórki.
Powoduje to powstawanie unikalnych, gigantycznych chromosomów, zwanych chromosomami politenowymi.
Gdy tysiące identycznych sekwencji DNA leżą obok siebie, jak kredki w pudełku, pewne cechy chromatyny stają się widoczne. Cechy te występują w zwykłych chromosomach interfazowych, ale są trudne do zaobserwowania.
Oglądając je pod mikroskopem, w chromosomach politenów można zobaczyć naprzemienny wzór ciemnych pasm i jaśniejszych prążków
pośrednich.Pączki stanowią 95% DNA, podczas gdy prążki międzyprążkowe stanowią 5%.
Tam, gdzie chromatyna w prążkach jest bardziej skondensowana i nieaktywna transkrypcyjnie, chromatyna w międzypasmach jest mniej skondensowana i aktywna transkrypcyjnie.
W miarę jak larwy Drosophila przechodzą z jednego etapu rozwojowego do drugiego, określone prążki i międzypasma znacznie zwiększają swoją średnicę, tworząc struktury zwane pierścieniami "Puffs" lub "Balbiani".
Te zaciągnięcia powstają w wyniku dekondensacji chromatyny i są miejscami aktywnej transkrypcji DNA. Chromatyna w zaciągnięciach jest ułożona w zapętlone struktury, podobnie jak te obserwowane w chromosomach "lampbrush".
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are polytene chromosomes and how do they form?
Polytene chromosomes are giant interphase chromosomes formed when cells undergo multiple rounds of DNA replication without cell division. In Drosophila salivary gland cells, hundreds to thousands of identical DNA copies remain aligned side by side instead of segregating, creating these massive structures. This process produces unique chromosomes visible under a microscope with distinctive banding patterns.
Q2: Why do polytene chromosomes show visible banding patterns?
Polytene chromosomes display alternating dark bands and light interbands because thousands of identical DNA sequences align side by side, magnifying chromatin compaction differences. Bands constitute 95% of the DNA and contain condensed, transcriptionally inactive chromatin. Interbands make up 5% and contain less condensed, transcriptionally active chromatin, making these features easily observable under a microscope.
Q3: What is the relationship between polytene chromosome bands and gene activity?
In polytene chromosomes, bands represent transcriptionally inactive regions with condensed chromatin, while interbands are transcriptionally active regions with loosely organized chromatin. This relationship demonstrates how chromatin compaction directly affects gene expression. The visible banding pattern thus reflects the underlying transcriptional state of different chromosome regions.
Q4: What are puffs and Balbiani rings in polytene chromosomes?
Puffs are expanded structures that form when interband regions de-condense to allow active RNA synthesis during development. Balbiani rings are exceptionally large puffs found in salivary glands of certain species with highly decondensed chromatin supporting very high transcription rates. Both structures represent sites of intense gene activity and serve as excellent models for studying transcription.
Q5: How do polytene chromosomes differ from typical mitotically dividing cells?
Polytene chromosomes form in cells that lack cell division after DNA replication, causing chromatids to accumulate without segregating. Unlike mitotically dividing cells, polytene cells maintain an intact nuclear membrane and nucleolus throughout consecutive replication cycles. This results in thousands of aligned chromatids arranged side by side, creating the characteristic giant chromosome structure.
Q6: Where are polytene chromosomes found in organisms?
Polytene chromosomes are found in salivary glands, intestines, muscles, and other tissues of dipteran insects like Drosophila larvae. They also occur in certain organs of mammals and in synergids and antipodes of flowering plants. These chromosomes were first discovered in 1881 in salivary glands of Chironomus plumosus larvae, earning them the alternate name salivary gland chromosomes.
Q7: How do chromomere patterns vary in polytene chromosomes?
Chromomere patterns are species-specific, representing multiple compact dark bands formed by identical chromatin compaction in aligned homologous chromosomes. The number and size of chromomeres can change during an organism's lifetime as developmental stages progress. These variable patterns reflect dynamic changes in chromatin organization and gene activity across different developmental periods.