小G老师带你玩儿转生信：science是如何做染色体定位

前言

一转眼，吉凯基因生信云平台已经发布一周了，您是否已经在使用吉凯基因Gene Matrix云平台了？使用过程中有没有感觉到，即使有了很棒的工具，却仍然不知如何才能将工具的作用发挥到极致？接下来，小G将一一展示Gene Matrix平台小工具的各种妙用哦。

现在先让小G带您，瞧瞧sicence大牛是怎样使用染色体定位工具的。

2015年12月，霍华德•休斯医学研究所的Naresh K. Hanchate发现了大鼠嗅觉神经细胞在发育过程中的分子机制，并以“Single cell transcriptomics reveals receptor transformations during olfactory neurogenesis. Science”为题发表在sicence杂志上。

Naresh通过单细胞转录组测序的方法对祖细胞，前体细胞，未成熟嗅觉神经细胞和成熟嗅觉神经细胞等85个样本进行测序，发现在大鼠嗅觉神经细胞发育过程中，嗅觉受体基因在不成熟嗅觉神经细胞中存在多个基因的低表达；在成熟的嗅觉神经细胞会有一个基因表达量增加100倍以上，而其他的基因则降低或者消失。

随后，Naresh使用双荧光RNA共定位技术，对鼻子中嗅觉受体基因进行共定位，确定了单一的成熟嗅觉神经细胞会表达一个以上的嗅觉受体基因，而在不成熟的嗅觉神经细胞中，存在多个嗅觉受体基因共表达。

接下来，Naresh针对这种情况进行了假设性实验。首先，Naresh分析了转录组数据，找到了嗅觉转导分子，发现这些嗅觉转导分子与嗅觉神经细胞中嗅觉受体的降低没有关系；而后，Naresh对大鼠鼻子不同空间区域进行了RNA双荧光共定位，发现只有特定条带嗅觉受体基因存在空间限制；最后，为了搞清楚嗅觉受体基因的共表达是否与染色体改变有关系，Naresh分析了在个别嗅觉神经细胞中共表达的嗅觉受体基因的基因组定位，发现共表达的嗅觉受体基因和染色体区域一点关系都没有。最后Naresh就提出了两种嗅觉受体基因可能的表达机制：一是“winner-takes-all”机制，二是嗅觉受体基因的高表达在起初表达时是独立发生的。

至此，理清了Naresh整个实验的设计思路。再回到我们的主题，Naresh是如何做染色体定位的？最初的高通量筛选，发现嗅觉神经细胞发育过程中嗅觉受体基因的阶段性表达现象，并对这个现象进行了验证。然后，通过对这种现象进行推理，使用了染色体定位，确定了嗅觉神经细胞的发育调控与染色体区域没有关系。这就是利用了染色质的状态变化调控基因表达的原理进行实验设计。OMG，原来大牛是这么用染色体定位的呀。

Naresh思路是非常完美的，但是，小G想吐槽的是，灰色的粗线是什么鬼？在不看图片描述的情况下，很难看出来上边给出的竟然是染色体呀！作为一篇发表在science上的好文章，如果再配上辨识度较高又美观的染色体，是不是就锦上添花啦！添花的来了，Gene Matrix云平台的染色体标记图了解一下；瞧瞧下图，染色体形象图跃然纸上，一眼就看出是染色体了吧。

至此，可能又有问题产生了。为什么染色体会有不同的条纹？这些条纹又代表着什么意义？就让小G来一一解答吧\\^O^/。

经过某种特殊的处理或特异性染色后，染色体上可显示出一系列连续的明暗条纹，称为显带染色体。

G带是目前使用最广泛的一种带型，操作简单，带纹清晰，标本可长期保存，重复性好。其方法是将染色体标本经胰蛋白酶、NaOH、柠檬酸盐或尿素等试剂处理后，再经吉姆萨染色，显示的深浅交替的横纹便是G带。染色体的G带在普通光学显微镜下即可观察。

Q带是指染色体标本经氮芥喹吖因等荧光染料处理后显示的带。在荧光显微镜下，可见标本的染色体臂上有明暗相间的横纹，对每条染色体都是特征性的。Q带明显，显带效果稳定。Q带与G带带型基本相同，G带的深染带相当于Q带的亮带，而浅染带相当于暗带。但荧光持续时间短，标本不能长期保存，必须立即观察并显微摄影。

R带是指染色体标本经热磷酸盐（80℃～90℃）处理后，用吉姆萨染料染色显示的带纹。R带的带纹与G带相反，即G带是深染部分，R带呈浅染。对于G、Q显带的染色体，两臂末端均为浅带或不显示荧光，在R带则被染色。

C带染色体标本经热碱[Ba(OH)2或NaOH]处理后，用吉姆萨染色，每一条染色体的着丝粒区特异性着色，第1、9、16号染色体的次缢痕区和Y染色体长臂远端1／2～2／3的区段也呈深染状态，这就是C带。

现针对常用的G带，详细说说不同的条纹代表什么意思。在G带中，不同的颜色和图样代表着不同的意义，主要分为可变区（gvar），柄环(stalk)，着丝粒（acen），负染色区(gneg)和正染色区(gpos)，正染色区又可以根据染色的深浅分为不同的染色。在人类的G带中，染色区就可以分为25%染色区(gpos25)，50%染色区(gpos50)，75%染色区(gpos75)和100%染色区(gpos100)。一般情况下，正染色区AT含量比较高，基因数量比较少，而负染色区GC含量比较高，基因数量比较多，柄区主要与核仁形成有关。

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参考文献：

Naresh K. Hanchate, Kunio Kondoh, Zhonghua Lu, Donghui Kuang, Xiaolan Ye, Xiaojie Qiu, Lior Pachter, Cole Trapnell, and Linda B. Buck. Single cell transcriptomics reveals receptor transformations during olfactory neurogenesis. Science. 2015 Dec 4; 350(6265): 1251–1255.

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