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Method Article
このプロトコルは、PIとDAPIの染色体染色、18S-5.8-26S rRNA遺伝子領域(45S rDNA領域)と蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)、および5SリボソームDNAプローブを組み合わせて、 Lycoris aurea (L'Her)ハーブの8つの集団におけるヘテロクロマチン分布を調査します。
8つの集団における核型の多様性を理解するために、染色体測定、蛍光バンド、およびrDNA FISHシグナルを用いて、詳細な核型を細心の注意を払って確立しました。45S rDNA部位の数は、集団ごとに1対から5対までさまざまで、核型ごとに最も一般的な数は4対です。45S rDNA遺伝子座は主に染色体の短腕および末端領域に位置し、5S rDNA遺伝子座は主に短腕および末端または近位領域に見られます。HBWF、HNXN、HBBD、およびHNZXの集団は、GXTL、HBFC、およびSCLSと同様に、45S rDNA部位の分布が類似していることを示しており、45S rDNA部位の分布が類似している集団間の密接な関係が示された。研究されたすべての集団の核型は対称的であり、安定および準安定セントロメア、またはもっぱら安定セントロメアを含む。MCAとCVCLの散布図は、それらの核型構造を効果的に区別します。分析には、6つの定量パラメータ(x、2n、TCL、MCA、CVCL、CVCI)が含まれます。さらに、これらの6つのパラメータに基づくPCoAは、8つの集団間の生物学的核型関係を決定するための堅牢な方法であることを示しています。 Lycoris 集団の染色体数はx = 6-8です。現在の研究と文献に基づいて、これらの集団のゲノム分化は、ゲノムサイズ、ヘテロクロマチン、45Sおよび5S rDNA部位、および核型の非対称性の観点から議論されています。
Lycoris は、いくつかの重要な園芸植物を含む家族です1。 Lycoris aurea (L'Hér.)ハーブ。は、長い歴史を持つ伝統的な中国の薬用植物です。植物化学的分析により、 Lycoris aurea (L'Her。ハーブにはガランタミンなどのアルカロイドが含まれており、アセチルコリン感受性を高め、アルツハイマー病をコリンエステラーゼ阻害剤として治療できる可能性があります2。
高等植物では、核型解析は遺伝学的マップと物理マップを統合するために重要であり、植物生物学にとって大きな実用的な意味を持ちます。この解析により、染色体レベルのゲノム特性評価、集団間の細胞分類学的関係の解明、遺伝的異常の同定、染色体進化の傾向の理解が可能になります3,4,5。典型的には、核型の説明には、染色体数、染色体絶対長および相対染色体長、一次および二次狭窄位置、ヘテロクロマティック断片分布、rDNA部位数および位置、およびその他のDNA配列特性、ならびに核型の非対称性6,7,8が含まれる。核型パラメータの中で、非対称性は染色体長(染色体間非対称性)とセントロメア位置(染色体内非対称性)の変動によって決定されます。核型の非対称性は、染色体の形態を反映する重要な特徴であり、植物細胞の分類学9,10,11,12で広く使用されています。
多くの場合、染色体マーカーがないと、核型解析が制限され、個々の染色体の同定が妨げられます。近年、植物の染色体解析において、ギムザ染色、蛍光バンディング、蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)が盛んになってきています。CMA(chromomycin A3)/DAPI(4,6-diamino-2-phenylindole)染色やPI(ヨウ化プロピル)/DAPI染色(CPD染色として知られる)などの二重蛍光染色法により、染色体上のGCリッチおよびATリッチなヘテロクロマティック領域が明らかになります4,13。植物の有糸分裂の中期またはパキテンの間に、反復DNA配列または長いDNAセグメントは、FISHハイブリダイゼーション14,15,16を通じて植物集団に特異的シグナルを生成することができる。
蛍光バンドとFISHシグナルは、染色体同定に有用なマーカーを提供します。染色体長の測定、蛍光バンディング特性の解析、FISHシグナルの違いの比較により、異なる植物の生殖形質または集団の詳細な分子細胞遺伝学的核型を構築することができます。これらの核型は、さまざまな生殖細胞や集団の染色体形態を効果的に示し、ヘテロクロマチンの分布とDNA配列の局在性の比較を可能にし、さらなる研究を奨励する4,8,17。分子細胞遺伝学的核型の比較は、関連する集団の系統関係と染色体進化に関する貴重な洞察を提供することができる8,14,18,19。
アマリリス科の多様で興味深いグループである リコリス 属は、多年生の球根で知られています。約20種で構成され、そのうち15種は中国固有種であり、豊かな生物多様性を示しています。この属は、中国南西部、韓国南部、日本など、東アジアの温暖な温帯および亜熱帯地域でのみ見られ、少数の個体群はインド北部とネパール20に広がっています。初期の細胞遺伝学的研究は、主に属の基本的な染色体数を確立し、特定の集団における染色体の形態を説明するための染色体カウントを含み、主に Lycoris radiata21に焦点を当てていました。この属で観察される総染色体数は12から33または44の範囲であり、それぞれ二倍体、異常な二倍体、三倍体、四倍体、および異数体のレベルを表します。基本的な染色体番号 xは、6、7、8、および11です。
Lycoris aurea (L'Hér.) Lycoris 属の注目すべき種であるハーブは、中国全土に広く分布しています22。それはリラックスした湿った環境で繁栄し、小さな球根を通して繁殖します。これらの球根には、リコリンとガランタミンという2つの主要な薬用化合物が含まれており、何世紀にもわたって伝統的な中国医学で使用されてきました。 Lycoris aureaは また、秋には印象的な赤い花、冬には常緑樹の葉で園芸家を魅了します。しかし、研究されたすべての Lycoris aurea (L'Hér。ハーブ集団は、従来の細胞学的方法を用いた染色体同定に大きな課題を提起しています。
中期染色体または乳母性染色体上の反復DNA配列およびオリゴヌクレオチドプローブを用いたFISH、フォスミド、またはBAC(細菌人工染色体)のクローニングは、核型解析23,24,25、比較細胞遺伝学的解析26,27、細胞遺伝学的マップ構築28,29、および染色体特異的アッセイ30に使用されています.最近、FISH技術はLycoris集団の染色体解析に適用されている31。染色体数と核型はLycoris集団で異なりますが、総染色体数は一定であり、中央セントロメア染色体(M-)、遠位セントロメア染色体(T-)、および近位セントロメア染色体(A-)の3つの基本的なタイプが観察されます。さらに、多様な染色体の形状とサイズが自然集団で観察されます32。
RNA蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)は、セントロメア融合、反転、遺伝子増幅、フラグメント欠失などの染色体変化の検出に有用です。蛍光In Situハイブリダイゼーション(RNA-FISH)技術により、染色体の高分解能視覚解析が可能になり、染色体中央領域の融合、新しい染色体構造の形成、染色体領域の逆転、遺伝子または遺伝子断片の増幅、特定の染色体領域での遺伝子配列の喪失など、複数の複雑な変化を検出および同定できます33。.500クローンのうち5クローンは、中央セントロメア染色体(M-)のセントロメア領域で強いFISHシグナルを示したが、遠位セントロメア染色体(T-)では示さなかった34。各染色体上のユニークなFISHシグナル分布パターンは、従来の染色法を使用して Lycoris 集団で以前に困難であった個々の染色体の同定を可能にした31。現在、 Lycoris aurea (L'Hér.) の分子細胞遺伝学に関する研究はほとんどありません。ハーブ、この分野でのさらなる研究の緊急の必要性を強調しています。
この研究では、 Lycoris aurea (L'Hér.) の 8 つの高分化中期染色体ハーブ集団は、酵素浸漬および火炎乾燥(EMF)法を使用して調製しました。CPD染色と45Sおよび5S rDNAプローブをFISHの同定に使用しました。これらの集団の詳細な分子細胞遺伝学的核型は、染色体測定、蛍光バンド、および45Sおよび5S rDNA FISHシグナルからの結合データを使用して構築されました。6つの異なる核型の非対称性指標を各集団について計算し、それらの間の核型関係を特定しました。分子細胞遺伝学的核型データの評価は、8つの集団のゲノム分化と進化的関係に関する重要な洞察を提供し、 Lycoris 染色体の理解を再形成する可能性があります。
この研究で使用した試薬と機器は 資料表に詳しく説明されており、使用したプローブは 補足ファイル1に記載されています。
1. 頂端染色体の調製
2. CPD染色
3. 蛍光in situハイブリダイゼーション
4. 核型解析
細心の注意を払った酵素浸漬および火炎乾燥(EMF)法を採用することにより、 Lycoris aurea (L'Hér)の散在および高分化中期染色体。ハーブが得られ、 Lycoris aurea の細胞遺伝学的染色体核型が構築されました(図1)。凝縮度が最も高い中期染色体は、形態学的差が減少するため、核型解析には適していません。しかし、半数体染色体(TCL)の全...
Lycoris aurea(L'Hér.)の調製ハーブの根の染色体は、(1)水耕栽培による根の栽培、(2)根の先端を飽和α-ブロモナフタレンで処理する、(3)アルコール酢酸溶液で根を固定する、(4)酵素溶液で根の先端を酵素的に加水分解する、(5)消化した根を徹底的に押しつぶし、アルコールランプの炎でスライドを乾燥させる、といういくつかの重要なステップがあります。
著者らは、競合する利益は存在しないと宣言しています。
この研究は、中国自然科学基金会(32070367)の支援を受けました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Alcohol | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | A500737-0005 | (70%, 90%, 100%) |
1× TNT | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | B548108 | 1×, 10× |
2× SSC | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | B548109 | 2×, 20× |
45S rDNA | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | TAMRA is added to both ends (5 'and 3' ends) | |
4'6-diamidino-2-phenylindole(DAPI) | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | E607303 | 20ml |
5S rDNA | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | 5 'end plus 6-FAM(FITC) | |
Adobe Photoshop software | Adobe Systems Incorporated | CS6 | |
Alpha bromo-naphthalene | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | A602718 | Saturation |
Anti-burnout agent | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | Vectashield H-1000 | 10 mL |
Biochemical incubator | Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., LTD | LRH-70 | |
Cellulase | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | A426068 | 10 g |
Citric acid | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | A501702 | 10 g |
Deionized formamide (FAD) | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | A600211-0500 | 0.7 |
Dextran sulfate | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | A428229 | 10 mL |
Fluorescence in situ hybridization instrument | USA/Abbott ThermoBrite | S500-24 | |
Fluorescence microscope | Olympus China Co.ltd | BX60 | |
Glacial acetic acid | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | A501931 | 500 mL |
HCl | Aladdin Reagent Co. Ltd. (Shanghai) | H399657 | 500 mL |
Ice machine | Dan Ding Shanghai International Trade Co., Ltd. | ST-70 | |
Leica biological microscope | Germany Leica Instrument Co., LTD | DM6000B | |
Methyl alcohol | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | A601617 | 500 mL |
MetMorph software | Molecular Devices | Version 7.35 | |
Oven | Thermo Scientific™ Heratherm™ | THM#51028152 | |
Pectinase | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | A004297 | 10 g |
Pepsin | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | 1.07185 | 100 g |
Propidium iodide(PI) | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | A425259 | 1 g |
RNaseA | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | R4642 | 10 mg |
Salmon sperm DNA(ssDNA) | Aladdin Reagent Co. Ltd. (Shanghai) | D119871 | 1 g |
Sodium citrate | Aladdin Reagent Co. Ltd. (Shanghai) | S189183 | 10 g |
Statistica for Windows 10.0 | for statistical analysis |
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