荧光原位杂交技术的研究及其应用

荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)是现代分子生物学及基因工程中广泛应用的新技术,它可以鉴定核酸分子之间的同源性。荧光原位杂交技术是一种应用非放射性荧光物质依靠核酸探针杂交原理在核中或染色体上显示DNA序列位置的方法。综述了荧光原位杂交技术的原理、应用及其前景。     

尼罗罗非鱼六个性别相关标记的FISH分析

从尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）BAC基因文库5个克隆中提取和纯化含有6个性别连锁或相关标记（CLC5，GM204，GM271，GM354，UNH995和UNH104）的重组质粒DNA作为模板，以简并核苷酸为引物，通过PCR制备原位杂交探针。探针用荧光素进行标记，并与尼罗罗非鱼中期相染色体进行荧光原位杂交以确定这些标记在尼罗罗非鱼染色体上的位置和分布。结果显示，这些性别连锁或相关标记都位于尼罗罗非鱼第一对染色体长臂近末端，从分子细胞学角度验证了第一对染色体是尼罗罗非鱼的性染色体。另外由于这些标记的荧光信号在XY个体的2条性染色体上都有，一方面说明这些标记在罗非鱼上还不是性别特异的；另一方面也验证了尼罗罗非鱼的性染色体还处于分化的早期阶段。【中国水产科学，2006，13（4）：525—529】     

牙鲆和半滑舌鳎5S rDNA基因的染色体定位及鲽形目5种鱼类的分子系统学分析

利用荧光原位杂交(FISH)技术将5S rDNA基因定位在牙鲆和半滑舌鳎染色体上,结果表明,5S rDNA基因在雌、雄性半滑舌鳎的一对同源染色体上分别存在2个杂交信号位点;在二、三倍体牙鲆的同源染色体上分别存在2个和3个杂交信号位点,杂交信号明显且特异。本研究首次将5S rDNA基因定位在半滑舌鳎和三倍体牙鲆的染色体上,为牙鲆及半滑舌鳎倍性鉴定、染色体鉴别提供了有效方法。此外,根据牙鲆5S rDNA基因编码区序列设计引物,扩增出大菱鲆和半滑舌鳎5S rDNA基因编码区序列,与鲽、塞内加尔鳎、大口黑鲈、七鳃鳗的5SrDNA基因序列进行同源性比较后发现,5种鲽形目鱼类5S rDNA基因序列同源性高达98.3%,系统发生分析结果显示5种鲽形目鱼类聚为一支;各序列中GC含量均显著高于AT含量。     

半滑舌鳎含sox9基因BAC克隆的筛选及BAC-FISH定位

以本实验室构建的半滑舌鳎BAC文库为基础,通过对其进行有序混合,构建了两步PCR筛选体系;对性别决定相关的sox9基因的序列设计特异性引物,筛选获得阳性单一BAC克隆。利用BAC-FISH技术将包含sox9基因的BAC克隆定位在半滑舌鳎染色体上。结果显示,sox9基因在雌、雄半滑舌鳎的一对常染色体的长臂上分别存在两个杂交信号位点,信号稳定且特异。研究证实了该文库筛选体系的有效性;首次实现了对性别相关的sox9基因在半滑舌鳎染色体上的定位,其结果为揭示sox9基因参与鱼类性别控制的机制提供了重要基础。     

荧光原位杂交概述

荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization，FISH)是在20世纪80年代末在放射性原位杂交技术的基础上发展起来的一种非放射性分子细胞遗传技术，以荧光标记取代同位素标记而形成的一种新的原位杂交方法，探针首先与某种介导分子(reporter molecule)结合，杂交后再通过免疫细胞化学过程连接上荧光染料。FISH的基本原理是将DNA(或RNA)探针用特殊的核苷酸分子标记，     

黄姑鱼染色体识别与重复序列定位

黄姑鱼是我国重要的海水经济鱼类。然而,由于细胞遗传标记匮乏,黄姑鱼染色体仍然难以辨识。为了提高黄姑鱼染色体的配对识别水平,本研究利用荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)、吉姆萨染色和荧光染色技术分析了黄姑鱼染色体的特征。以总DNA为探针进行基因组DNA荧光原位杂交(genomic fluorescence in situ hybridization,GISH),从而获得黄姑鱼染色体图谱,可使每对染色体呈现特定的荧光信号。依据GISH荧光信号分布模式,可以辨识黄姑鱼的24对染色体。18S r DNA FISH结果显示,18S r DNA只有一对信号,分布于1号染色体臂间,并与吉姆萨染色呈现的次缢痕、DAPI阴性带和DPI染色高亮区域同位。5S r DNA有一强一弱两对信号,信号强的一对分布于1号染色体着丝粒端,信号弱的一对分布于4号染色体的远端。端粒信号在所有染色体的端部显示,但个别染色体一端信号微弱。本研究结果丰富了黄姑鱼的细胞遗传标记,为解决黄姑鱼染色体辨识问题提供参考依据,也为进一步研究石首鱼科染色体进化提供了资料。     

鱼类性别特异分子标记筛选及分子性控育种研究现状与展望

本文系统介绍了鱼类性别特异分子标记筛选的研究历程、分子标记辅助性控育种的研究进展及展望。首先，作者回顾了我国鱼类性别特异分子标记的研究历程，包括探索期(2001—2006年)，突破期(2007—2012年)和快速发展期(2013—2023)，其中在突破期重点描述了半滑舌鳎、黄颡鱼等性别特异分子标记的发现，为我国鱼类性别决定机制研究和性控育种提供了重要技术手段。其次介绍了分子标记辅助性控育种的研究进展，采用性别特异分子标记辅助培育出半滑舌鳎“鳎优1号”，黄颡鱼“全雄1号”、“全雄2号”等新品种，极大的推动了我国鱼类性别控制育种研究工作。最后，文章对我国鱼类性别特异分子标记筛选和分子标记辅助性控育种的未来发展方向进行了展望，提出今后应从持续开发养殖鱼类性别特异分子标记、强化鱼类性别特异分子标记筛选方法创新、优化鱼类性别特异标记的应用方法等方面加强鱼类分子标记辅助性控育种的研究。     

异源三倍体鲫鲂的遗传组成和生殖特性观察

红鲫属鲤亚科,其染色体数目为2n=100;团头鲂属于鲌亚科,其染色体数目为2n=48。在红鲫(♀)×团头鲂(♂)的远缘杂交F1代中获得了异源三倍体鲫鲂和异源四倍体鲫鲂。本研究对异源三倍体鲫鲂进行了染色体核型分析、染色体FISH杂交检测和性腺结构观察,结果表明:1)异源三倍体鲫鲂的染色体数目为3n=124,染色体核型公式为31m+45sm+26st+22t,染色体组由2套红鲫染色体和1套团头鲂染色体组成;2)利用红鲫特有重复序列为探针进行FISH杂交,红鲫的100条染色体均被标记上荧光信号,而团头鲂的染色体均未标记上荧光信号,异源三倍体鲫鲂中有100条染色体被标记上荧光信号,说明异源三倍体鲫鲂含有2套红鲫来源的染色体组;3)异源三倍体鲫鲂的性腺发育异常,其卵巢型和精巢型性腺发育呈现出退化的特征。研究还讨论了异源三倍体鲫鲂的形成机制。实验结果为鱼类远缘杂交和多倍体鱼研究提供了实验数据,在鱼类遗传育种方面具有重要意义。     

热休克蛋白70(HSP70)基因在中国对虾染色体上的定位

以热休克蛋白70(HSP70)基因为探针,利用荧光原位杂交(FISH)的方法,将其初步定位在中国对虾(Fenneropenaeus chinesis)染色体上。观察150组精巢细胞染色体,有111组染色体有3个杂交信号,占所观察的74％,由此得出,热休克蛋白70基因(HSP70)很可能存在于中国对虾减数分裂细胞3对染色体的3个位点上。本研究首次将功能基因定位在了对虾染色体上,为中国对虾的遗传物理图谱的构建提供了有效可行的方法。     

软骨鱼类染色体研究进展

在各类脊椎动物中，软骨鱼类是开展染色体研究最少的类群。迄今为止，文献共报道了70种软骨鱼的核型，仅占现生838种软骨鱼类的8．35％，包括31种鲨类，37种鳐类和2种全头类。已报道的软骨鱼类二倍体染色体数为52～104（巴西双鳍电鳐二倍体染色体数为28例外），常存在微染色体。在不同的分类阶元，相对原始的软骨鱼类具有较多的染色体数，端部和亚端部着丝粒染色体较多，多有微染色体。软骨鱼类染色体进化趋势表现为个体染色体数目的减少。中部和亚中部着丝粒染色体数目的增多，并伴随微染色体的消失。软骨鱼类是核DNA含量较大的脊椎动物。已报道144种软骨鱼类的核DNA含量，其变化较大，为3．0～34．1pg／N，全头类的核DNA含量最小，角鲨目和扁鲨目的核DNA含量最大。近年来，在软骨鱼类染色体的C带、核仁组织区（NOR）染色、限制性内切酶显带、特异DNA探针如端粒序列和短散布重复序列（SINE序列）的荧光原位杂交等方面取得了较大进展。现代分子生物学技术也被用于一些软骨鱼类的基因组研究，在重复DNA序列、随体DNA家族和微卫星位点等方面均取得一些成果。     

暗纹东方鲀线粒体细胞色素b及其侧翼tRNA基因的克隆与序列分析

以暗纹东方纯（Takifugu fasciatus）肝脏的线粒体DNA为模板，按照红鳍东方豚（Takifugu rubripes）线粒体DNA序列设计合成特异引物进行PCR扩增，克隆并测定线粒体细胞色素b（Cyt b）及其侧翼tRNA基因的全序列，结果显示，克隆的暗纹东方纯Cyt b基因（1137bp）及其5’端上游的tRNA^Glu基因和3’端下游的tRNA^Thr基因序列共1327 bp。用DNA分析软件对暗纹东方纯与GenBank中10个目13种鱼类的Cyt b序列进行比较分析，显示暗纹东方纯与这些鱼类的Cyt b基因具有较高的同源性，与同属红鳍东方纯的同源性最高，为96．1％；与同目不同科的矛尾翻车纯（Masturus lanceolatus）和翻车纯（Mola mola）的同源性分别为74．1％和74．8％。tRNA^Glu基因由69个碱基组成，tRNA^Thr基因由72个碱基组成，与红鳍东方纯相应tRNA的碱基组成完全相同。推定的这两种tRNA的二级结构都具有典型的三叶草型结构，各臂的碱基配对率高，稳定性好。根据暗纹东方纯与其他13种鱼的Cyt b基因序列同源性所建立的进化树比较，结果与传统的分类地位基本吻合。     

斑节对虾Sox基因HMG盒的PCR扩增及SSCP分析

SRY基因是人类及哺乳动物睾丸决定因子的最佳候选基因，HMG盒是SRY基因编码蛋白质的唯一功能区，在性别决定中极其重要且高度保守，许多进化程度上明显不同的物种中都能检测出SRY基因的HMG盒，即Sox基因。斑节对虾是一种重要经济虾类，其性别决定机制研究薄弱，至今未找到性染色体。本研究根据人的SRY基因的HMG盒保守区的核苷酸序列，设计了1对兼并引物，通过PCR扩增出斑节对虾的Sox基因，并对扩增产物进行SSCP分析。结果表明，斑节对虾雌雄个体均存在Sox基因，从雌雄个体中均扩增出约350bp和220bp两条基因片段，推测其中350bp片段含内含子，SSCP结果显示斑节对虾内存在Sox基因家族的不同成员，且雌雄存在差异最后我们讨论了对虾性别决定可能的机制。     

2种虾虎鱼细胞色素b基因全序列克隆与分析

测定了矛尾刺虾虎鱼（Acanthogobius hasta）和红狼牙虾虎鱼（Odontamblyopus rubicundus）的线粒体细胞色素b（Cytb）基因全序列。2种虾虎鱼Cytb基因序列全长均为1141bp,通过序列比对,检测到266个变异位点,序列中碱基转换频率高于颠换,碱基替换主要发生在密码子第3位。结合GenBank中的虾虎鱼科其他物种的细胞色素b基因全序列,利用Kimura-双参数模型分析遗传距离表明,10种虾虎鱼科鱼类的遗传差异在0.118~0.330之间,大头新虾虎鱼（Neogobius kessleri）与同属的裸喉新虾虎鱼（N.gymnotrachelus）遗传距离最小,为0.118;大头新虾虎鱼和矛尾刺虾虎鱼遗传距离最大,为0.330。以Cytb基因全序列构建的NJ进化树分析表明,10种虾虎鱼分为3个主要类群,红狼牙虾虎鱼和矛尾刺虾虎鱼聚为1支,且与其余8种虾虎鱼类遗传距离较远。     

海带雌配子体细菌人工染色体(BAC)文库构建及特异分子标记邻近基因的图位克隆与序列

UV性别决定系统在一些低等生物生活史的单倍体阶段展现出特定的进化和遗传特性。实验构建了一个海带雌配子体基因组的细菌人工染色体(BAC)文库,结果显示,该文库包含31 872个克隆,插入片段平均长为115 kb,覆盖6.57倍的海带基因组。利用海带雌配子体特异性的标记FRML-1488的序列为探针筛选BAC文库,获得4个阳性BAC克隆。随机挑选一个克隆(638-C12),通过Roche454第二代测序平台进行测序,并经过间隔序列的扩增、克隆和测序,了解到该BAC克隆的插入片段长为86 996 bp。该序列位于海带基因组的Scaffold285上,占后者序列总长的22.4%。序列分析结果显示,在雌配子体特异性标记FRML-1488的上游存在大量的微卫星以及Copia逆转录转座子等重复序列。推测BAC克隆638-C12的插入片段可能与海带U染色体的性别决定区相关。本研究是BAC文库在海带性别相关序列图位克隆的首次应用报道,将有助于海带性别染色体结构的揭示及性别决定机制的解析。     

Promoter analysis of two aromatase genes in the serial-sex changing gobiid fish, Trimma okinawae

Despite numerous endocrine studies on sex change in teleost, no general mechanism that mediates sex change has emerged. The gobiid fish, Trimma okinawae, can change sex in both directions repeatedly. This phenomenon of sex change in goby assigns it as an excellent animal model to elucidate the understanding mechanisms of sex change. In hermaphrodite fishes, estrogen plays a particularly important role in natural and experimentally induced sex change. To investigate the role of estrogen in the serial-sex changing fish T. okinawae, we cloned and analyzed the 5′-flanking regions of P450arom genes from goby genome DNA. Both regions have consensus sequences of TATA, CRE and ERE. Ad4 binding site was restricted in the region of P450aromA. These findings indicate that different regulators control the expression of the two P450arom genes.     

鱼类性别相关基因及性别特异标记的研究进展

对动物性别的研究一直深受人们关注,以哺乳类为代表已经取得了许多可喜的成果。由于鱼类在脊椎动物系统进化中处于承前启后的地位,是脊椎动物中分布最广、种类最多的类群,具有多种多样的生物学特征和重大的经济价值,所以,对于鱼类性别决定机理的研究具有重大意义。本文主要介绍了鱼类性别决定相关基因和性别特异标记的研究进展。     

雌雄同体鱼类性别分化及性转变研究进展

在脊椎动物中,鱼类具有多样的性别分化方式,大致可分为雌雄异体、雌雄同体以及单性生殖3类。一般情况下,鱼类性别决定后,性腺可分化为卵巢或精巢,并且在整个生命周期内保持不变。而在雌雄同体鱼类,其性别可以从雌性转变为雄性、雄性转变为雌性或者在雌雄两种性别间进行多次转变。雌雄同体鱼类具有多种性别转变形式,是研究脊椎动物性别决定与分化的理想模型。因此,本文从性腺发育组织学变化、性激素分泌、神经内分泌、性别决定与分化基因的分子调控等方面,综述了近年来雌雄同体鱼类性别分化与性转变相关的研究进展,为更深入地研究鱼类性别调控机制提供参考。