家猪13/17罗伯逊易位染色体着丝粒的研究 第4页
1.3 着丝粒中的重复序列
低等真核生物的着丝粒没有重复序列而高等真核生物的着丝粒具有大量的重复序列。对人Y染色体进行大片段删除之后显示出了着丝粒的活性与一个以171bp为单位的串联重复相关联.这 171bp的序列叫α-卫星DNA[17].后面的研究证实了人的每个着丝粒都与α-卫星DNA有关 ,其长度达数兆.这些巨大的重复嵌合在包含重复 DNA的近着丝粒异染色质块之间[18].与α- 卫星的原位杂交和用着丝粒蛋白进行的抗体的免役标记也确认了着丝粒确实存在于这个区域[19]。拟南芥 A rabidopsis thaliana着丝粒包括了178bp的卫星重复序列 ,它们串联排列在不同染色体上长度从0.4到1.4Mb的范围并且位于富含各种卫星和其它重复元素之间的区域[20,21]。
着丝粒区卫星重复序列一个令人感兴趣的地方是重复单体的长度。尽管缺少统一的长度,但在不同的生物中 ,重复序列单体的长度惊人的相似。例如α- 卫星DNA 基本长度为171bp ,在鱼中为186 bp ,在昆虫中为155 bp ,在拟南芥和玉米中为180 bp ,在水稻中则是 168 bp ,它们长度的一个显著的特点是与核小体的基本单元长度相当。
猪着丝粒DNA重复序列分为两个家族，即MC1和AC2，MC1是由340bp组成,分布于猪的或亚中着丝粒染色体(1-12)和X染色体，而AC2主要是由12bp单体构成的重复序列组成，位于所有的端着丝粒染色体（13-18）上，目前还没有获得猪Y染色体着丝粒DNA重复序列的报道。1990年，Jantsch等[22]在鉴定猪着丝粒克隆时发现克隆pAV1.5与猪的1号染色体特异性杂交，可作为猪1号染色体着丝粒的特异探针；Janzen等[23]1999年在猪基因组的粘粒文库中获得一个猪9号染色体着丝粒DNA特异性克隆，该克隆由一个3.3kb的重复序列组成,该序列由10个340bp的单层串联构成，单层之间相似性平均为79%，通过脉冲电泳和southern杂交分析，这3.3kb的重复序列进一步串联形成大小约2.2Mb的染色体区域。
近来的研究表明，尽管数百万年以来，着丝粒在染色体上的位置文持不变，但是着丝粒DNA序列和动粒蛋白质都在以极快的速率进化[24-29]着丝粒重复序列并不是着丝粒活性所必须的[30,31]。在不同物种的主要收缩位点上广泛存在的重复序列指出 ,在着丝粒结构和功能之间存在一种很强的进化连接.导致重复序列扩增、 删除和转位的动态突变过程常常发生在这些区域 ,都是造成大量在结构和序列上的变异.对于这种关系的可能解释是在着丝粒和近着丝粒重复序列的快速累积是着丝粒功能活动的结果。
1.4着丝粒蛋白
能够使着丝粒DNA附着纺锤丝的蛋白质结构被定义为动粒 [32]。动粒能够介导染色体和纺锤丝之间的相互作用，使分裂期染色体能够迁移，并产生一个分裂期关卡(checkpoint)信号，确保细胞在进入分裂后期之前，所有的染色体都附着有两极的纺锤丝[33]。动粒在电镜观察下呈3层圆盘状结构。在染色体凝聚和动粒附着纺锤丝进入分裂期时，外层动粒(outer kinetochore)开始装配，在染色体分离之后外层动粒解装配。内层动粒(inner kinetochore)在细胞周期中一直与着丝粒DNA相连，内层动粒由着丝粒染色质和基本蛋白质(foundationproteins)组成[34]。内层动粒的一个基本特征是含有一种特化的组蛋白H3变种，它被称为着丝粒组蛋白H3(centromeric histone H3，CenH3)[35]。在着丝粒核心区域的核小体中，CenH3替代了典型组蛋H3。泛素-白酶体(ubiquitin-proteasome)介导的蛋白质水解途径能够调节酿酒酵母和黑腹果蝇的CenH3，将它们限制在着丝粒核心区域[36][37]。组蛋白H3变种CenH3出现在目前已研究的所有真核细胞着丝粒中，例如酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)的Cse4，粟酒裂殖酵母(Schizosaccharo-myces pombe)的Cnp1/Sim2，黑腹果蝇(Drosophilamelanogaster)的Cid，秀丽广杆线虫(Caenorhabditiselegans)的HCP-3，拟南芥(Arabidopsis thaliana)的HTR12，哺乳动物的着丝粒蛋白A(CenP-A)，在人方面染色体Cd。研究表明，在所有真核生物中，CenH3只存在于着丝粒染色质中，而且CenH3的突变会导致染色体分离的完全失效。缺乏CenH3的细胞也不能募集大多数的动粒蛋白质至着丝粒[38]。因此，可以通过鉴别DNA序列是否能与CenH3相互作用，对着丝粒的范围进行界定。酿酒酵母的着丝粒是目前为止研究发现的最简单的着丝粒[39]。其DNA长度为125bp，Cse4只存在于着丝粒DNA装配的唯一一个核小体中，两侧染色质分布着具有独特构像的核小体，这些区域富含黏着蛋白(cohesion)，并为着丝粒的活性提供了一个功能性的染色质环境[40][41]。在哺乳动物[42]、粟酒裂殖酵母[43]以及黑腹果蝇[44]中，着丝粒的基本结构包括一个具有CenH3的与动粒相关联的核心结构域，以及核心结构域两侧的不含CenH3的周缘着丝粒异染色质结构域(pericentric heterochromatin domain)。着丝粒的这种结构组织形式可能保守存在于除了酿酒酵母之外的所有真核生物中。
2 罗伯逊易位的研究进展
2.1罗伯逊易位
罗伯逊易位是常见的染色体变异类型,也是高等生物界,尤其是动物中，核型进化的一种重要因素。它是以美国昆虫遗传学家W Robertson命名的。1916年,他首先描述了一种蚱蜢(grasshoppers)的易位形式,也就是所谓的整臂或着丝粒融合,并指出这种直翅目昆虫的中着丝粒染色体可能是由另一个种的两个亚端着丝粒染色体融合后产生的[45]。后来John提出了一个相反的过程,即一个原有的中着丝粒染色体在进化中也可能会断裂成为两个端着丝粒染色体[46]。因此,现在所讲的罗伯逊易位实际包含两个内容:罗伯逊融合(Robertsonian fusion)和罗伯逊断裂(Robertsonian fission)。但从关于罗伯逊易位报道的文献中看,在不具体指明罗伯逊融合或断裂的情况下,一般是指罗伯逊融合。罗伯逊易位研究对于解释物种内和种间的染色体核型进化有着非常重要的意义,同时它也与我们人类自身有着密切的关系。
2.2罗伯逊易位对携带者的影响
罗伯逊易位的结果是亚中着丝点染色体长臂间愈合，短臂缺失，但由于它保留了基因的绝大部分，因而该个体的生活力基本上没有受到影响，但是对它所产生的配子的影响力较大。例如人类[47, 48]中45，XX（XY），-14，-21，+t(14%,21%)个体表型正常，该个体形成的配子分为下列辣种形式，其中三种单体型中，22，X（Y），-21和22，X（Y），-14，死亡于配子期或受精后的胚胎期；另一种为易位单体型，22，X（Y），-14，-21，+t(14%,21%)基因基本平衡，受精后形成易位携带者。两种三体型中，14三体型23,X（Y），-21,+t(14%,21%)在配子期死亡；21三体型23,X（Y），-14,+t(14%,21%)受精后形成21三体患者，即先天愚型；另外一种就是正常的配子23,X（Y）。
Salimov等在C578L/6T(B6)和CBA核型正常的小鼠，以及与之相对应的Rob(8;17)(融合)携带者个体间，对它们推测刺激来源和探索迷宫的能力进行了比较，结果显示，Rob小鼠的能力优于正常核型的小鼠[49,50]。
罗伯逊易位也可能导致机体患各种病症或表型失常，尤其是在人类身上，如患Down综合症个体有5%是与21号染色体的罗伯逊易位有关[51]。据不完全统计，由罗伯逊易位直接或间接引起的疾病有几十种，如白血病[52]、Angelman综合征（快乐的木偶）[53]、血管瘤[54]等等。值得一提的是，获得性(ac-quired)罗伯逊易位也可造成一定的疾病。造成这些疾病的原因主要有两个：一是在非平衡罗伯逊易位中，由于造成了染色体的失衡，或者是罗伯逊易位染色体在减数分裂过程中分离不正常，因而导致了疾病的发生；二是在罗伯逊易位的融合点或断裂点上，由于涉及到了某些对机体功能有重要影响的遗传物质，这些遗传物质发生了改变，如基因失活或产生突变等，因而也导致了疾病的发生。
2.3国内长白猪13/17罗伯逊易位的发现
罗伯逊易位的研究最常见于哺乳类动物。另外，昆虫[55-58]、鱼类[59]及两栖爬行动物[60]中的罗伯逊易位研究也比较多。
罗伯逊易位在牛比较常见，而在猪比较少见，目前在欧洲野猪发现15/17，16/17两种罗伯逊易位类型，而在家猪则仅发现一种13/17易位的类型。有关家猪13/17罗伯逊易位最早报道见于日本一头间性猪，及一头畸形猪[61]。此后，前民主德国又有过报
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