基因组- genome survey(1)

尚未进行基因组测序的物种,在进行基因组测序前,首先需对该物种进行 genome survey。
一般通过两个途径:细胞遗传学(这里只讲流式细胞术)和基因组测序

1、基因组大小定义

(1)基因组大小指生物个体单倍体基因组所含的 DNA 总量。基因组大小一般用重量衡量,用 pg(皮克)作为常用单位。有时候也用道耳顿(KD)、核苷酸碱基对的数量(Mb)等方式表示。pg 与常用单位 Mb 之间可以
转换,1pg 约等于 978Mb(这个数值估计随着较好参考基因组的出现,会有变化,如果粗粗估计,倒也无妨)。
(2) DNA-C 值的含义
DNA-C:某一生物体的配子体的 DNA 含量就称为 DNA-C 值(传统的叫法,表示基因组大小,二倍体生物,DNA-C和基因组大小是相等的。实际上如果是多倍体,此叫法不严谨)
DNA-1C:一个物种配子核中没有复制时的 DNA-C 值(考虑倍性,只考虑配子体DNA含量)
DNA-2C:成熟植物的体细胞 DNA含量称为 DNA-2C 值(这个是最重的,用来计算基因组大小)
(3)基因组大小的概念
单个染色体组 DNA 含量称为该物种的基因组大小,通过DNA-2C 值除以倍性的公式计算。
例如,二倍体的一粒小麦(Triticum monococcum),体细胞DNA含量为12.45pg,则其 DNA-1C(等于DNA-C)值为12.45/2=6.23pg,即基因组大小;四倍体栽培二粒小麦(Triticum dicoccum),DNA-2C 为
24.05pg,则其 DNA-1C 值为 24.05/2=12.03pg,而基因组大小则为 24.05/4=6.01pg。

2、流式细胞术

(1)流式细胞术原理
流式细胞仪的原理是通过发挥荧光染料定性定量与 DNA 双链碳架结构相结合的特性进行测量的。
具体来看,荧光信号的强弱与DNA 含量正相关,结合的 DNA 越多,则引发的荧光强度也就越强。
所以就有如下公式:

image.png

(2)物种倍性鉴定
目前主要有两种类型:(1)直接鉴定法:即染色体计数方法,这是确定倍性最基本和最精确的方法。目前采用压片法和去壁低渗法进行染色体标本制备。通常以根尖为材料。去壁低渗法比常规压片法具有若干优点,是当前植物染色体研究中的重要方法。但是这种方法需要装备良好的实验室条件和富有经验的技术人员,而且操作过程比较繁琐,工作量大。但是普通的压片法和去壁低渗法都无法避免染色体重叠,背景对比不明显产
生的干扰。 (2)间接鉴定法:主要包括流式细胞分析法、气孔大小及保卫细胞叶绿体数目鉴定法、植株形态指标鉴定法等几种方法。
流式细胞术(FCM)倍性鉴定
植物细胞的倍性和细胞核 DNA 的含量相关联,G1期DNA含量可间接反映该细胞的倍性水平
用已知染色体数目及倍性的标准样品作为外标,采用 FCM 可以快速准确检测在同一物种范围内不同倍性的样品。
二倍体山樱花

四倍体樱桃

现在有个问题,如果没有染色体数目及倍性的标准样品,应该怎样鉴定呢?
(4)染色体核型分析
染色体核型分析是以有丝分裂中期染色体为研究对象。
第一步是染色体数目的确定:直接计数法、原位杂交(ISH)及荧光原位杂交(FISH)
二穗短柄草2n=30(异源四倍体)和2n=20(二倍体)-FISH法)

第二步是染色体属性分析:根据染色体的长度、着丝点位置、长短臂比例、随体的有无等特征,并借助显带技术对染色体进行分析、比较、排序和编号,根据染色体结构和数目的变异情况来进行诊断。
主要以下四种情况:
①中央着丝粒染色体:着丝粒位于染色体的中部,两臂长度相等或大致相等。
②亚中央着丝粒染色体:接近中部, 染色体的两个臂长短不一。
③近端着丝粒染色体:靠近染色体一端,长臂极长,短臂极短,甚至不易觉察。
④末端着丝粒染色体:位于染色体末端,只有一条臂。
黄薇染色体核型模式图

Ref:
1、香蕉种质资源基因姐类型 的分子标记及倍性鉴定
2、蜡梅科植物基因组大小预测与核型分析
3、樱属部分种倍性及基因组大小研究
4、应用流式细胞术测定药用植物黄芩基因组大小
5、紫薇属及近缘属13 种植物基因组大小测定

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