李鵬姍,雷雪芹,2,徐廷生,2,趙淑娟,2,王攀林
(1.河南科技大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院,河南 洛陽(yáng) 471003;2.洛陽(yáng)市優(yōu)質(zhì)禽類種質(zhì)資源與遺傳繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 洛陽(yáng) 471003)
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轉(zhuǎn)基因雞的染色體核型分析
李鵬姍1,雷雪芹1,2,徐廷生1,2,趙淑娟1,2,王攀林1
(1.河南科技大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院,河南 洛陽(yáng) 471003;2.洛陽(yáng)市優(yōu)質(zhì)禽類種質(zhì)資源與遺傳繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 洛陽(yáng) 471003)
為了研究外源基因p53對(duì)雞自身染色體核型是否有影響,以含有外源基因p53的轉(zhuǎn)基因公雞為試驗(yàn)組,以同種非轉(zhuǎn)基因公雞作為對(duì)照組,通過(guò)外周血淋巴細(xì)胞培養(yǎng)法和骨髓法,制備了雞染色體標(biāo)本片。在油鏡下隨機(jī)選擇50個(gè)染色體分散良好的細(xì)胞,測(cè)量染色體的條數(shù)、相對(duì)長(zhǎng)度、臂比值和著絲粒指數(shù),確定并比較轉(zhuǎn)基因雞和非轉(zhuǎn)基因雞的染色體形態(tài)。研究結(jié)果表明:試驗(yàn)組和對(duì)照組公雞的染色體條數(shù)均符合2n=78條,均包括10對(duì)大染色體和29對(duì)微小染色體,且微小染色體基本為端著絲粒染色體。兩組的染色體核型均由 38 對(duì)常染色體和1對(duì)同配型性染色體ZZ組成,1 號(hào)染色體、2號(hào)染色體和1對(duì)性染色體(ZZ)均為中央著絲粒(m)染色體,3號(hào)染色體均為端著絲粒(t)染色體,4號(hào)染色體均為亞中央著絲粒(sm)染色體,6~10號(hào)染色體均為端著絲粒(t)染色體。
轉(zhuǎn)基因雞;非轉(zhuǎn)基因雞;外周血淋巴細(xì)胞培養(yǎng)法;骨髓法;染色體核型分析
由于禽類的生殖特點(diǎn),導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因禽類的研究技術(shù)滯后于轉(zhuǎn)基因哺乳類動(dòng)物。轉(zhuǎn)基因雞作為重要的經(jīng)濟(jì)動(dòng)物和理想的生物反應(yīng)器,具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。從禽蛋中收集和分離轉(zhuǎn)基因蛋白質(zhì)較其他方法更容易,且轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物不容易受到污染。在得到轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物的過(guò)程中,不會(huì)影響雞自身的生長(zhǎng)發(fā)育和健康,故可以利用轉(zhuǎn)基因雞生產(chǎn)大量藥用蛋白。與哺乳動(dòng)物生物反應(yīng)器相比,雞輸卵管生物反應(yīng)器因其經(jīng)濟(jì)、高效、穩(wěn)定和周期短等多個(gè)潛在優(yōu)勢(shì),被認(rèn)為是具有開發(fā)前景的生產(chǎn)藥用蛋白的技術(shù)平臺(tái)之一[2]。文獻(xiàn)[3-4]分別用不同的方法成功制備了轉(zhuǎn)基因雞。
p53基因是人體細(xì)胞中的一種抑癌基因,幾乎所有的體細(xì)胞中均可檢測(cè)到p53蛋白的存在[5]。此外,p53基因的成功克隆以及載體的構(gòu)建為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型的建立奠定了一定基礎(chǔ)[6]。為了進(jìn)一步確定轉(zhuǎn)入的外源基因p53是否對(duì)雞自身的染色體核型有影響,本文對(duì)體內(nèi)已檢測(cè)出含有外源基因p53的轉(zhuǎn)基因公雞進(jìn)行核型分析,并比較轉(zhuǎn)基因公雞和非轉(zhuǎn)基因公雞的染色體形態(tài)結(jié)構(gòu),了解轉(zhuǎn)基因雞染色體形態(tài)變化特征。
1.1試驗(yàn)動(dòng)物
成年轉(zhuǎn)基因公雞(經(jīng)檢測(cè)含有外源基因p53)和非轉(zhuǎn)基因公雞由河南科技大學(xué)試驗(yàn)?zāi)翀?chǎng)提供,品種為海蘭褐殼蛋雞。5~10日齡的轉(zhuǎn)基因公雞(經(jīng)檢測(cè)含有外源基因p53)和非轉(zhuǎn)基因公雞由洛陽(yáng)市優(yōu)質(zhì)禽類遺傳繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供,品種為海蘭褐殼蛋雞。
1.2主要試劑與儀器
組織培養(yǎng)液1640,北京賽默飛世爾生物化學(xué)制品有限公司;植物血凝素(phytohemagglutinin,PHA)和秋水仙堿,北京鼎國(guó)昌盛生物技術(shù)有限責(zé)任公司;超凈工作臺(tái),蘇州凈化設(shè)備有限公司;800-電動(dòng)離心機(jī),金壇市新航儀器廠;數(shù)顯恒溫水浴鍋,上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;雙目顯微鏡,上海彼愛(ài)姆光學(xué)儀器制造公司;恒溫培養(yǎng)箱,上海賀得實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。
1.3試驗(yàn)方法
1.3.1外周血淋巴細(xì)胞培養(yǎng)法制備染色體標(biāo)本片
將4mL組織培養(yǎng)液1640、0.032gNaHCO3粉末、1mL胎牛血清、1mg/mL的PHA0.833mL、500IU/mL的肝素鈉0.005mL和適量雙抗,一并加入培養(yǎng)瓶?jī)?nèi),用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的NaHCO3溶液調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH值為7.2~7.4。用生物濾膜過(guò)濾并分裝于滅過(guò)菌的培養(yǎng)瓶中,蓋緊瓶塞。用肝素抗凝劑潤(rùn)濕注射器管壁,從雞翅下靜脈采血1mL,在約5mL培養(yǎng)基中加入全血0.3~0.5mL,置于39 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)56~72h。培養(yǎng)結(jié)束前2~3h,加入秋水仙堿。培養(yǎng)結(jié)束后,經(jīng)過(guò)低滲、預(yù)固定、固定、重復(fù)固定、滴片和染色等操作制備染色體標(biāo)本片,通過(guò)10×100倍油鏡鏡檢觀察。
1.3.2骨髓法制備染色體標(biāo)本片
取5~10日齡的轉(zhuǎn)基因雛雞,稱其質(zhì)量,后腹腔注射20μg/g秋水仙堿,處理2.0~2.5h。心臟壓迫法猝死雛雞,取整條雞腿,去毛皮及其肌肉組織,取其股骨,剪去股骨兩端,用10mL注射器抽取0.075mol/L的KCl溶液約5mL,反復(fù)沖洗股骨骨髓腔直至骨髓腔變白。以10mL玻璃離心管盛接細(xì)胞懸液,1 000r/min離心10min,棄上清液。標(biāo)本片的制作同外周血淋巴細(xì)胞培養(yǎng)法。
1.3.3染色體核型分析方法
在10×100倍油鏡下各隨機(jī)選擇50個(gè)染色體分散相良好的細(xì)胞,觀察染色體的條數(shù),最后得出轉(zhuǎn)基因雞和對(duì)照組雞的染色體數(shù)目。再分別選擇10個(gè)分散相良好的中期染色體,進(jìn)行攝影,照片放大,打印,用游標(biāo)卡尺直接測(cè)量前10對(duì)大染色體長(zhǎng)度、長(zhǎng)臂長(zhǎng)度和短臂長(zhǎng)度。通過(guò)文獻(xiàn)[7]中的方法計(jì)算前10對(duì)大染色體的相對(duì)長(zhǎng)度、臂比值和著絲粒指數(shù),對(duì)染色體進(jìn)行核型分析。
圖1 外周血淋巴細(xì)胞培養(yǎng)法制備的轉(zhuǎn)基因雞染色體標(biāo)本片
圖2 骨髓法制備的轉(zhuǎn)基因雞染色體標(biāo)本片
2.1染色體標(biāo)本片的制備
2.1.1外周血淋巴細(xì)胞培養(yǎng)法制備染色體標(biāo)本片
在轉(zhuǎn)基因雞外周血培養(yǎng)過(guò)程中,PHA的用量、秋水仙堿的用量、作用時(shí)間和溫度對(duì)其淋巴細(xì)胞的增殖和分裂尤為重要。通過(guò)濃度梯度的設(shè)置,確定試驗(yàn)所用PHA的質(zhì)量濃度為0.18mg/mL,秋水仙堿的處理時(shí)間為3h、質(zhì)量濃度為0.05μg/mL,培養(yǎng)溫度為(39.0±0.5) ℃,總培養(yǎng)時(shí)間為 72h,成功制備出了轉(zhuǎn)基因雞的染色體標(biāo)本片,如圖1所示。從圖1中可以看到:轉(zhuǎn)基因雞染色體的大致形態(tài)及長(zhǎng)度,但無(wú)法判斷其著絲粒的具體位置,不能進(jìn)行有效的染色體核型分析及核型圖的制備。
2.1.2骨髓法制備染色體標(biāo)本片
在利用骨髓法制備轉(zhuǎn)基因雞的染色體標(biāo)本片中,秋水仙堿的用量和作用時(shí)間對(duì)是否能得到大量處于分裂中期的細(xì)胞有很大影響。經(jīng)過(guò)濃度梯度的設(shè)置,確定秋水仙堿的用量為20μg/g,處理活體雛雞的時(shí)間為2h,得到大量處于分裂中期的骨髓細(xì)胞,且染色體形態(tài)清晰,分散相良好,標(biāo)本片如圖2所示。通過(guò)圖2可以清楚看到:轉(zhuǎn)基因雞的染色體形態(tài)和著絲粒的位置,可以進(jìn)行后續(xù)的染色體核型分析和核型圖的繪制。
采用兩種不同的方法制備雞染色體標(biāo)本片,對(duì)試驗(yàn)步驟、試驗(yàn)條件和制片結(jié)果比較得出:骨髓法制備雞染色體標(biāo)本片比外周血淋巴細(xì)胞培養(yǎng)法制備雞染色體標(biāo)本片更有優(yōu)勢(shì)。
由于轉(zhuǎn)基因雞的數(shù)量有限,本試驗(yàn)采用骨髓法制備了轉(zhuǎn)基因公雞和非轉(zhuǎn)基因公雞的染色體標(biāo)本片,并進(jìn)行了染色體核型分析。
2.2二倍體(2n)細(xì)胞染色體數(shù)目
本試驗(yàn)隨機(jī)選取轉(zhuǎn)基因公雞和非轉(zhuǎn)基因公雞的骨髓細(xì)胞各50個(gè),觀察并計(jì)算每個(gè)骨髓細(xì)胞的染色體數(shù)目,結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可以看出:轉(zhuǎn)基因公雞的染色體數(shù)目2n=78;非轉(zhuǎn)基因公雞的染色體數(shù)目2n=78。
表1 轉(zhuǎn)基因公雞和非轉(zhuǎn)基因公雞骨髓細(xì)胞染色體數(shù)目
2.3染色體核型分析
對(duì)轉(zhuǎn)基因公雞和非轉(zhuǎn)基因公雞的前10對(duì)大染色體(包括1對(duì)性染色體)進(jìn)行了染色體長(zhǎng)度、長(zhǎng)臂長(zhǎng)度和短臂長(zhǎng)度的測(cè)量。分別選取了10個(gè)分散相相對(duì)良好的分裂相進(jìn)行測(cè)量,并求其均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差,對(duì)照文獻(xiàn)[7]的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)轉(zhuǎn)基因公雞和非轉(zhuǎn)基因公雞的染色體核型進(jìn)行分類,結(jié)果如表2和表3所示。
注:“Z”為單條性染色體;“m”為中著絲粒;“t”為端著絲粒;“sm”為亞中央著絲粒。
表3 非轉(zhuǎn)基因公雞的大染色體核型特征(均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差)
注:“Z”為單條性染色體;“m”為中著絲粒;“t”為端著絲粒;“sm”為亞中央著絲粒。
由表2的結(jié)果可以確定轉(zhuǎn)基因公雞的前10對(duì)大染色體的染色體形態(tài),其中,1 號(hào)染色體、2 號(hào)染色體和1對(duì)性染色體(ZZ)為中央著絲粒(m)染色體,3號(hào)染色體為端著絲粒(t)染色體,4號(hào)染色體為亞中央著絲粒(sm)染色體,6~10號(hào)染色體為端著絲粒(t)染色體。由表3的結(jié)果可以確定非轉(zhuǎn)基因公雞的10對(duì)大染色體的染色體形態(tài),其中,1 號(hào)染色體、2 號(hào)染色體和1對(duì)性染色體(ZZ)為中央著絲粒(m)染色體,3號(hào)染色體為端著絲粒(t)染色體,4號(hào)染色體為亞中央著絲粒(sm)染色體,6~10號(hào)染色體為端著絲粒(t)染色體。
由表2和表3可知:轉(zhuǎn)基因公雞的單條性染色體(Z)的平均相對(duì)長(zhǎng)度為(10.32±0.63)%,非轉(zhuǎn)基因公雞的單條性染色體(Z)的平均相對(duì)長(zhǎng)度為(10.26±0.26)%,差異不大。其余9對(duì)常染色的平均相對(duì)長(zhǎng)度也無(wú)明顯差異。
根據(jù)表2和表3的測(cè)量結(jié)果,分別繪制了轉(zhuǎn)基因公雞和非轉(zhuǎn)基因公雞的染色體核型圖,結(jié)果如圖3和圖4所示。通過(guò)圖3和圖4可以更加直觀地觀察到轉(zhuǎn)基因公雞和非轉(zhuǎn)基因公雞前10對(duì)大染色體的核型形態(tài)特征。
圖3轉(zhuǎn)基因公雞染色體核型圖圖4非轉(zhuǎn)基因公雞染色體核型圖
3.1雞染色體標(biāo)本片制備方法
在雞外周血培養(yǎng)過(guò)程中,通過(guò)數(shù)次的重復(fù)培養(yǎng),成功制備出了轉(zhuǎn)基因雞的染色體標(biāo)本片。培養(yǎng)過(guò)程中各試劑的用量與處理時(shí)間參照文獻(xiàn)[8-10]稍做改進(jìn),在其基礎(chǔ)上探索更適合轉(zhuǎn)基因雞的培養(yǎng)方法。因?yàn)槭遣煌碾u種,對(duì)培養(yǎng)環(huán)境的要求會(huì)稍有不同。本文雖用外周血淋巴細(xì)胞培養(yǎng)法成功制備出了染色體標(biāo)本片,但制片質(zhì)量不佳。文獻(xiàn)[11]曾指出在雞染色體研究中不常采用此法,因其對(duì)設(shè)備要求嚴(yán)格,操作復(fù)雜,易污染。可進(jìn)一步探究更加適合該轉(zhuǎn)基因雞的外周血培養(yǎng)方法。
在骨髓法的探索中,采用 5~10 日齡的雛雞,秋水仙堿用量 20μg/g,秋水仙堿處理活體最佳時(shí)間為2h,與文獻(xiàn)[12]的試驗(yàn)條件最接近;與文獻(xiàn)[13]報(bào)道所用15日齡雛雞,秋水仙堿用量3μg/g,處理活體3h不一致;與文獻(xiàn)[14]報(bào)道所用4月齡育成雞不一致;與文獻(xiàn)[15-16]報(bào)道秋水仙堿用量分別為10μg/g和2μg/g不一致。造成這些差異的原因可能是不同雞種和不同日齡的雞所適應(yīng)的最佳處理時(shí)間和秋水仙堿用量不同。
無(wú)論是外周血淋巴細(xì)胞培養(yǎng)法還是骨髓法,都需要經(jīng)過(guò)離心、低滲、預(yù)固定、固定、重復(fù)固定、滴片和染色等過(guò)程,通過(guò)不斷地探究找出同時(shí)適合兩種方法的最佳處理時(shí)間。每次以1 000r/min離心10min;低滲最佳溫度為 39 ℃,最佳處理時(shí)間為35min;預(yù)固定所用新配置固定液為1mL,時(shí)間為2min;固定的最佳時(shí)間為 30min。滴片的高度一定要大于30cm,才能得到大量分散良好的染色體標(biāo)本,便于后續(xù)的觀察與測(cè)量。染色時(shí)間為30min,染色時(shí)間過(guò)短會(huì)造成染色體著色不明顯,不利于觀察。
3.2染色體核型
3.2.1染色體數(shù)目
本試驗(yàn)所用轉(zhuǎn)基因公雞的二倍體染色體數(shù)目2n=78的細(xì)胞占所觀察細(xì)胞總數(shù)的78%,所得結(jié)果與文獻(xiàn)[17-19]研究結(jié)果接近。一般情況下認(rèn)為:染色體眾數(shù)的細(xì)胞占被觀察細(xì)胞總數(shù)的75%以上,便可以確定試驗(yàn)對(duì)象的二倍體染色體數(shù)目[20]。對(duì)于染色體2n≠78的細(xì)胞,可能是由于雞的染色體中微小染色體較多,不當(dāng)?shù)拇荡蚝碗x心都會(huì)造成染色體的丟失,并且容易發(fā)生羅伯遜易位,滴片時(shí)微小染色體又極易隨液體漂流而造成丟失,此外,還容易將部分未溶解的染料顆粒及其他雜質(zhì)誤認(rèn)為是微小染色體。
3.2.2染色體形態(tài)
本試驗(yàn)得出該轉(zhuǎn)基因公雞與非轉(zhuǎn)基因公雞的染色體核型并無(wú)明顯差異,說(shuō)明外源基因p53對(duì)公雞自身的染色體核型沒(méi)有太大影響。此外,由于外源基因p53結(jié)構(gòu)非常小,理論上能與雞的染色體結(jié)合形成環(huán)狀結(jié)構(gòu),因?yàn)殡u的染色體只有前10對(duì)為大染色體,其余都為微小染色體。試驗(yàn)結(jié)果為:該轉(zhuǎn)基因公雞的1 號(hào)染色體、2 號(hào)染色體和1對(duì)性染色體(ZZ)均為中央著絲粒(m)染色體,3號(hào)染色體為端著絲粒(t)染色體, 4號(hào)染色體為亞中央著絲粒(sm)染色體,6~10號(hào)染色體都為端著絲粒(t)染色體。這與其他文獻(xiàn)研究結(jié)果基本相似,也存在著一些不同。文獻(xiàn)[21]指出雞的1 號(hào)染色體為亞中央著絲粒(sm)染色體;文獻(xiàn)[17-18,22]指出2號(hào)染色體為亞中央著絲粒(sm)染色體;文獻(xiàn)[12,22-23]認(rèn)為7號(hào)染色體為亞中央著絲粒(sm)染色體;文獻(xiàn)[24]指出 9 號(hào)染色體為亞中央著絲粒(sm)染色體。造成這些不同的原因可能與雞的品種不同有關(guān)。
(1)成功制備出了轉(zhuǎn)基因公雞和非轉(zhuǎn)基因公雞處于分裂中期且分散良好、形態(tài)清晰的染色體標(biāo)本片,為含有外源基因p53的轉(zhuǎn)基因雞的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。
(2)含有外源基因p53轉(zhuǎn)基因公雞的染色體2n=78。染色體核型為:1 號(hào)染色體、2 號(hào)染色體和一對(duì)性染色體(ZZ)均為中央著絲粒(m)染色體,3號(hào)染色體為端著絲粒(t)染色體, 4號(hào)染色體為亞中央著絲粒(sm)染色體,6~10號(hào)染色體均為端著絲粒(t)染色體。
(3)含有外源基因p53的轉(zhuǎn)基因公雞染色體的相對(duì)長(zhǎng)度、臂比值、著絲粒指數(shù)與非轉(zhuǎn)基因公雞基本一致,說(shuō)明轉(zhuǎn)基因公雞與非轉(zhuǎn)基因公雞的染色體核型沒(méi)有明顯差異。
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河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃基金項(xiàng)目(072300430010);洛陽(yáng)市重點(diǎn)科技計(jì)劃基金項(xiàng)目(1101033A)
李鵬姍(1991-),女,河南汝陽(yáng)人,碩士生;雷雪芹(1962-),女,通信作者,河南洛寧人,教授,博士,碩士生導(dǎo)師,主要從事動(dòng)物遺傳資源與分子生物學(xué)方面的教學(xué)和科研.
2016-03-28
1672-6871(2016)06-0077-05
10.15926/j.cnki.issn1672-6871.2016.06.016
S831
A