Hình thái học nhiễm sắc thể eukaryote

Hình thái học nhiễm sắc thể eukaryote Để tìm hiểu sâu cấu trúc chức nhiễm sắc thể, ta cần phải phân biệt nhiễm sắc thể khác điểm sau Kích thước nhiễm sắc thể Kích thước nhiễm sắc thể sai khác lớn Giữa loài khác sai khác lên tới 100 lần, số nhiễm sắc thể lồi có kích thước khoảng 10 lần (a) (b) Hình 3.2 (a) Bộ nhiễm sắc thể xử lý thuốc nhuộm phổ biến Giemsa; (b) xác định đặc điểm nhiễm sắc thể Để mô tả nhiễm sắc thể loài xác định nhiễm sắc thể nó, cần phải thiết lập kiểu nhân (karyotype) và sử dụng hệ thống quy ước dựa kích thước chúng, vị trí tâm động, kiểu băng (các hình 3.2 3.5) Theo truyền thống, người ta sử dụng kỹ thuật băng (ví dụ băng G hình 3.2; xem thêm mục 3) chụp ảnh nhiễm sắc thể kỳ nguyên phân, gọi phương pháp kỳ Sau phóng đại ảnh, cắt rời (gồm hai chromatid chị em) thành cặp tương đồng (vai ngắn quay lên vai dài hướng xuống dưới), xếp theo thứ tự nhỏ dần kích thước đánh số từ lớn đến nhỏ Chẳng hạn, người (xem hình 3.3 3.5): (i) nhiễm sắc thể khơng phải giới tính gọi nhiễm sắc thể thường (autosome) đánh số từ đến 22 sở chiều dài, nhiễm sắc thể giới tính X Y tách riêng (ii) Vai ngắn nhiễm sắc thể biểu thị p vai dài q dựa vị trí tâm động (iii) vai trước tiên chia thành vùng sau xác định băng Ví dụ, ký hiệu 9q34 có nghĩa vai dài nhiễm sắc thể số 9, vùng 3, băng Đây nơi khu trú gene xác định hệ nhóm máu ABO Hình 3.3 Bộ nhiễm sắc thể người thiết lập phương pháp - kiểu nhân phổ (spectral karyotype) Nguồn: Schrock cs (1996) Gần đây, Schrock cs (1996) giới thiệu phương pháp thiết lập kiểu nhân sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang có khả bám vào vùng đặc thù nhiễm sắc thể, gọi thiết lập kiểu nhân phổ (spectral karyotyping; Hình 3.3) Bằng cách sử dụng loạt vật dị (probes) đặc thù có hàm lượng thuốc nhuộm khác biệt, cặp nhiễm sắc thể khác có đặc trưng phổ riêng Một đăc điểm dộc đáo công nghệ sử dụng nhiễu kế (interferometer) giống nhà thiên văn dùng để đo quang phổ phát từ Công nghệ cho phép phát biến đổi nhẹ màu sắc (mà mắt thường phát hiện) chương trình máy tính sau phân loại cặp nhiễm sắc thể theo màu sắc khác Việc xếp nhiễm sắc thể theo cặp đơn giản cặp tương đồng có màu nhau, sai hình trao đổi chéo nhận biết cách dễ dàng Tâm động kiểu nhiễm sắc thể Các nhiễm sắc thể thường khác vị trí tâm động (centromere), nơi mà sợi thoi bám vào trình phân bào (hình 3.4) Thường nhiễm sắc thể có eo thắt lớn chứa tâm động gọi eo sơ cấp (primary constriction) (Thuật ngữ kinetochore dùng để cấu trúc protein bao quanh vùng tâm động) Nói chung, có ba kiểu nhiễm sắc thể chính: tâm động nằm gần giữa, gọi nhiễm sắc thể tâm (metacentric); tâm động nằm lệch đầu, gọi nhiễm sắc thể tâm đầu (acrocentric); tâm động gần sát đầu mút, gọi nhiễm sắc thể tâm mút (telocentric) Nói cách khác, tâm động chia nhiễm sắc thể thành hai vai hay cánh (arms) dài ngắn khác nhau; chẳng hạn, nhiễm sắc thể tâm có hai vai gần nhau, nhiễm sắc thể tâm lệch có vai ngắn vai dài Các kết nghiên cứu cho thấy chuột nhà tất 40 cặp nhiễm sắc thể thuộc kiểu tâm giữa, nhiễm sắc thể người gồm hai kiểu tâm tâm đầu, khơng có kiểu tâm mút (hình 3.3) Ngồi eo sơ cấp, số nhiễm sắc thể cụ thể cịn có eo thứ cấp (secondary constriction), eo gần đầu mút xảy thắt sâu tạo nên vệ tinh (satellite) nhiễm sắc thể (ở người, nhiễm sắc thể 13, 14, 15, 21 22; xem hình 3.5b) Eo thứ cấp thường chứa gene tổng hợp RNA ribosome, tích tụ tạm thời hình thành nên tổ chức gọi hạch nhân (nucleolus); có mặt nhân (nucleus) số giai đọan khác phân bào Hai đầu mút nhiễm sắc thể eukaryote có cấu trúc đặc biệt gọi telomere (sẽ thảo luận chương 5) thường có trình tự DNA khác với phần lại nhiễm sắc thể (a) (b) Hình 3.4 (a) Một cặp nhiễm sắc thể tương đồng kiểu tâm đầu kỳ (b) Mỗi lấy từ nhân kỳ gồm hai chromatid chị em dính tâm động, gọi đơi (dyad) có đầu mút đặc trưng gọi telomere 3 Các kiểu băng (chromosomal bands) nhiễm sắc thể Người ta xác định vùng khác nhiễm sắc thể kỹ thuật băng (band techniques) có xử lý hóa chất khác nhau, băng G, Q R (tương ứng Giemsa, quinacrine reverse bands- băng đảo ngược) (xem Verma Babu 1995) Thực ra, thuật ngữ chromosome (= chromo: màu + soma: thể) theo nghĩa đen có nghĩa "thể bắt màu" Các kỹ thuật sử dụng thuốc nhuộm khác để xác định vùng nhiễm sắc thể làm vạch, dải hay băng (bands) có độ đậm nhạt, sáng tối hiển thị màu khác Chẳng hạn, băng sẫm thường xuất gần tâm động đầu mút (telomeres) nhiễm sắc thể, vùng khác bắt màu yếu nên nhạt Các vùng bắt màu đậm gọi chất dị nhiễm sắcchất đồng nhiễm sắcbiểu đồ nhiễm sắc thể (idogram) người (heterchromatin) vùng bắt màu nhạt gọi (euchromatin) Nói chung, vùng đặc trưng trì ổn định tế bào hay cá thể khác loài chúng tỏ hữu ích cho việc xác định nhiễm sắc thể cụ thể Hình 3.5 trình bày kiểu nhân (a) (b) Hình 3.5 (a) Kiểu nhân, (b) biểu đồ nhiễm sắc thể người Các vùng euchromatin thường trải qua chu kỳ đóng mở xoắn đặn, tương ứng với hoạt động hầu hết gene khu trú Các vùng heterochromatin gồm hai kiểu: ổn định (constitutive) không ổn định (facultative) Heterochromatin ổn định, tức phần cố định gene không biến đổi thành euchromatin; chúng coi bất hoạt mặt di truyền Ngược lại, heterochromatin không ổn định bao gồm euchromatin vùng bắt giữ màu cô đặc (theo nghĩa đóng xoắn chặt) đặc trưng euchromatin số giai đoạn phát triển; hay nói cách khác, thực chất vùng euchromatin biến đổi thành heterochromatin kỳ trung gian (interphase) số mơ Trên thực tế, người ta cịn phát số dạng nhiễm sắc thể đặc biệt có kích thước khổng lồ, như: (i) nhiễm sắc thể kiểu chổi lông hay bàn chải đèn (lampbrush chromosomes) bắt gặp nỗn bào sơ cấp động vật có xương sống (có thể dài tới 1mm lưỡng thê có đuôi); (ii) nhiễm sắc thể đa sợi (polytene chromosomes) có mặt nhân tế bào tuyến nước bọt ấu trùng hai cánh (Diptera) (a) (b) Hình 3.6 (a) Nhiễm sắc thể khổng lồ nhân tế bào truyến nước bọt ấu trùng D melanogaster, (b) cấu trúc chi tiết nhiễm sắc thể X tách làm hai nửa, nửa có 10 vùng vùng bắt đầu băng màu đậm Chẳng hạn, ruồi giấm D melanogaster, nhiễm sắc thể đa sợi sinh tượng nội nguyên phân (endomitosis), tức nhiễm sắc thể tự nhân đôi liên tiếp chục lần tế bào không phân chia trạng thái mở xoắn Vì chúng chứa tới ngàn sợi chromatid dính bó, với chiều dài hơn100 lần so với nhiễm sắc thể bình thường (hình 3.6) Và xác định tất 102 vùng, với 5.000 băng Riêng nhiễm sắc thể X (tức nhiễm sắc thể số 1) có 20 vùng đánh số từ đến 20, với 1.000 băng Ở hình 3.7b cho thấy nhiễm sắc thể tâm mút, có tâm động vùng 20 nằm sát đầu mút bên phải nửa dưới, gene gây mắt trắng nằm gần đầu mút bên trái vùng thuộc nửa ... khoảng 10 lần (a) (b) Hình 3.2 (a) Bộ nhiễm sắc thể xử lý thuốc nhuộm phổ biến Giemsa; (b) xác định đặc điểm nhiễm sắc thể Để mơ tả nhiễm sắc thể lồi xác định nhiễm sắc thể nó, cần phải thiết... (xem hình 3.3 3.5): (i) nhiễm sắc thể khơng phải giới tính gọi nhiễm sắc thể thường (autosome) đánh số từ đến 22 sở chiều dài, nhiễm sắc thể giới tính X Y tách riêng (ii) Vai ngắn nhiễm sắc thể. .. kiểu nhiễm sắc thể chính: tâm động nằm gần giữa, gọi nhiễm sắc thể tâm (metacentric); tâm động nằm lệch đầu, gọi nhiễm sắc thể tâm đầu (acrocentric); tâm động gần sát đầu mút, gọi nhiễm sắc thể