熒光原位雜交技術檢測黑麥染色質研究

摘要

黑麥染色質檢測對麥類作物遺傳改良至關重要。本研究利用熒光原位雜交技術（FISH），結合威尼德 HB-500 原位雜交儀，針對黑麥染色體特異性序列進行精準定位。通過設計特異性探針并優化雜交條件，成功在根尖細胞與花粉母細胞中清晰顯示黑麥染色質分布，為麥類遠緣雜交育種及染色體進化研究提供了高效技術方案。

一、引言

黑麥（Secale cereale）作為麥類作物重要的遺傳資源，其染色質中蘊含的抗病、抗逆基因是小麥品種改良的關鍵靶點。準確檢測黑麥染色質在種子后代中的存在與分布，是麥類遠緣雜交育種的核心環節。傳統的細胞學方法如吉姆薩染色，雖能觀察染色體形態，但難以精確識別黑麥特異性染色質片段；分子標記技術（如 SSR、STS）雖可鑒定遺傳物質，卻無法直觀呈現染色體結構與整合位點。

熒光原位雜交技術（Fluorescence in situ hybridization, FISH）通過熒光標記的 DNA 探針與靶染色體序列特異性結合，能夠在細胞水平直接定位目標染色質，具有可視化程度高、特異性強、可定量分析等優勢。該技術尤其適用于檢測異源染色質在宿主基因組中的整合模式，為解析麥類作物遺傳漸滲機制提供關鍵數據。

威尼德 HB-500 原位雜交儀作為分子病理研究的核心設備，為植物染色體 FISH 檢測提供了精準可控的實驗平臺。其搭載的模糊 PID 智能算法與熱蓋控溫技術，實現 12 張玻片全域溫差≤±1℃，確保雜交過程中溫度均一性，避免因溫度波動導致的探針非特異性結合；全密封濕度控制系統維持≥90% RH 恒濕環境，有效防止雜交液揮發，提升探針與靶序列的結合效率。儀器支持全自動變性 - 雜交一體化流程，配合 7 英寸智能觸控屏與 110 組用戶程序預設功能，顯著簡化操作步驟，縮短實驗周期，為植物染色體精細分析提供了技術保障。本研究旨在建立基于威尼德 HB-500 原位雜交儀的黑麥染色質檢測方法，驗證其在植物遺傳育種中的應用價值。

二、材料與方法

（一）實驗材料

1. 1. 植物樣本：

• 黑麥（Secale cereale L.）品種‘冬黑麥 1 號’，由某農業科學院提供，取根尖分生組織（用于體細胞染色質檢測）及孕穗期幼穗（用于花粉母細胞減數分裂觀察）。

• 對照樣本：普通小麥（Triticum aestivum L.）品種‘揚麥 18’，用于背景信號排除及探針特異性驗證。

2. 2. 探針：

• 黑麥特異性重復序列探針 pSc119.1（標記為綠色熒光，激發波長 488 nm），靶向黑麥染色體端部異染色質區；

• 小麥 5S rDNA 探針（標記為紅色熒光，激發波長 570 nm），用于染色體核型對照，探針由某生物科技公司合成并純化。

（二）主要試劑

實驗所用試劑包括某試劑（用于細胞固定、探針稀釋及雜交緩沖液配制）、4% 多聚甲醛（pH 7.2）、1×PBS 緩沖液、20×SSC（含 3 M NaCl，0.3 M 檸檬酸鈉，pH 7.0）、甲酰胺、硫酸葡聚糖、鮭魚精 DNA、DAPI 復染劑（1 μg/mL）、抗熒光淬滅封片劑等，均為分析純級別。

（三）主要儀器

威尼德 HB-500 原位雜交儀（具備精準控溫、全自動變性 - 雜交功能，支持 12 張玻片并行處理）、熒光顯微鏡（配備 UV、綠光、紅光激發模塊）、高速冷凍離心機、恒溫水浴鍋、顯微操作儀、移液器、酶標儀等。

（四）實驗方法

1. 細胞樣本制備

• 1. 根尖細胞：取黑麥種子萌發根尖（1-2 cm），經 0.002 M 8 - 羥基喹啉預處理 2 h（室溫），卡諾固定液（甲醇：冰乙酸 = 3:1）固定 24 h，系列乙醇（70%、85%、100%）脫水，-20℃保存備用。

• 2. 花粉母細胞：剝取黑麥孕穗期幼穗（穗長 3-5 cm），卡諾固定液固定 24 h，梯度乙醇脫水后，取花藥置于載玻片上，滴加 1×PBS 緩沖液，鑷子輕壓破碎細胞，室溫晾干。

2. 玻片預處理與樣本變性

將固定后的根尖細胞或花粉母細胞樣本玻片放入威尼德 HB-500 原位雜交儀，70℃烘烤 2 h 增強細胞粘附力。隨后依次用 2×SSC（37℃，10 min）、胃蛋白酶溶液（10 μg/mL，37℃，5 min）處理以消化細胞質蛋白，再次經 70%、85%、100% 乙醇脫水，室溫晾干。

3. 探針制備與雜交程序

• 1. 探針混合：將 pSc119.1 探針與 5S rDNA 探針分別以 1:50 比例溶于雜交緩沖液（含 50% 甲酰胺，10% 硫酸葡聚糖，2×SSC，100 μg/mL 鮭魚精 DNA），充分混勻后加入儀器探針槽。

• 2. 變性與雜交：啟動威尼德 HB-500 原位雜交儀的 “全自動雜交模式"，首先在 75℃對探針混合液變性 10 min，立即冰浴 5 min；隨后將變性后的探針滴加于樣本玻片，覆蓋蓋玻片并密封，儀器自動升溫至 42℃預雜交 1 h，再降至 37℃進行過夜雜交（16-18 h）。過程中儀器實時監控溫度（全域溫差≤±1℃）與濕度（≥90% RH），確保探針高效結合。

4. 洗片與信號檢測

雜交結束后，依次用 2×SSC（37℃，5 min）、1×SSC（37℃，10 min）、0.5×SSC（37℃，10 min）洗片以去除未結合探針，蒸餾水漂洗后晾干。滴加 DAPI 復染劑（1 μg/mL）室溫孵育 10 min，抗熒光淬滅封片劑封片。

在熒光顯微鏡下觀察，pSc119.1 探針信號呈綠色熒光，定位黑麥染色體端部；5S rDNA 信號呈紅色熒光，標記小麥染色體核仁組織區；DAPI 復染細胞核呈藍色熒光。每個樣本隨機選取 20 個分裂相細胞，記錄熒光信號的數量、位置及強度。

三、結果與分析

（一）探針特異性驗證

在普通小麥對照樣本中，僅檢測到紅色熒光信號（5S rDNA 標記的小麥染色體），無綠色熒光信號；而在黑麥根尖細胞中，所有染色體端部均顯示強烈綠色熒光，與預期的 pSc119.1 探針結合位點一致，表明探針具有高度特異性，可準確識別黑麥染色質。

（二）黑麥染色質檢測結果

1. 1. 體細胞染色體定位：黑麥根尖細胞有絲分裂中期染色體顯示，每條染色體端部均存在綠色熒光信號，呈對稱分布；與小麥 - 黑麥異源六倍體種子細胞對比，可清晰分辨黑麥染色體（攜帶綠色信號）與小麥染色體（僅紅色信號），證明該方法能有效區分異源染色質。

2. 2. 減數分裂期染色體行為：黑麥花粉母細胞減數分裂中期 Ⅰ，同源染色體聯會形成二價體，綠色熒光信號集中于染色體端部，顯示黑麥染色質在減數分裂中的穩定傳遞；在小麥 - 黑麥種子花粉母細胞中，觀察到黑麥染色質與小麥染色體的部分聯會現象，為解析遠緣雜交親和性機制提供了細胞學證據。

（三）威尼德 HB-500 原位雜交儀性能評估

• 1. 控溫精度：實驗過程中 12 張玻片溫度波動始終≤±1℃，避免了因局部過熱或降溫導致的探針脫靶或背景信號升高，確保不同玻片間信號強度一致（變異系數＜5%）。

• 2. 流程效率：全自動變性 - 雜交程序將傳統手動操作所需的 24-30 h 縮短至 18-20 h，且 “開蓋即操作" 的玻片卡槽設計減少了人工干預，降低污染風險。

• 3. 數據可溯性：儀器實時記錄溫度曲線并支持數據導出，為實驗重復性驗證提供了量化依據，符合學術研究對質控體系的嚴格要求。

四、結論

本研究建立了基于威尼德 HB-500 原位雜交儀的黑麥染色質 FISH 檢測方法，實現了黑麥特異性序列在體細胞與減數分裂細胞中的精準定位。該方法克服了傳統細胞學技術的局限性，為麥類作物遠緣雜交育種中異源染色質的追蹤、鑒定及遺傳效應分析提供了可靠工具。

威尼德 HB-500 原位雜交儀憑借其精準控溫、高效流程及智能互聯優勢，顯著提升了植物染色體 FISH 實驗的穩定性與操作效率。無論是作物遺傳育種中的外源基因定位，還是染色體進化研究中的染色質結構分析，該儀器均能為科研人員提供高精度、可重復的檢測方案。

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參考文獻

1. 張輝,賈繼增用熒光原位雜交技術檢測黑麥染色質[J];中國農業科學;1996年02期

2. 衡紅強 ,陳文元中華大蟾蜍染色質、染色體細微結構的光鏡研究[J];四川大學學報(自然科學版);1985年02期

3. 蘆清霞;孫雪梅;蔣露薇;李靜;染色體15p+一家系細胞遺傳學分析[J];中國優生與遺傳雜志;2018年12期

4. 荊源;林樉;王芳婷;于家文;姜鳳;熒光原位雜交技術檢測43例慢性淋巴細胞白血病患者基因異常[J];中國實驗血液學雜志;2018年04期

5. 鄧慶方熒光原位雜交鑒定急性白血病的某些標志染色體[J];國外醫學.輸血及血液學分冊;1994年04期

6. 靳耀英染色體與基因的奧秘[J];中老年保健;1995年01期

7. 陸應麟;GJAArkesteijn;A Hagenbeek;早熟凝縮染色體(PCC)與熒光原位雜交(FISH)技術的結合[J];中國實驗血液學雜志;1993年01期

8. 耿波,梁利群,孫效文熒光原位雜交概述[J];水產學雜志;2004年02期

9. 譚躍球,李秀蓉,李麓蕓,盧光琇一個涉及1號和7號染色體插入易位家系的鑒定[J];中華醫學遺傳學雜志;2001年03期

10. 郝水;談談染色體與染色質[J];植物雜志;1980年03期