荧光原位杂交技术研究历史、现状及应用

互联网2013-02-19

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一、荧光原位杂交技术发展历史

1969年，Gall，Pardue和John等人，分别独立建立了同位素原位杂交技术。

1974年，Evans，第一次将染色体显带技术和原位杂交技术结合起来，提高了基因定位的准确性。

1975年，Manning等人，最先在溶液的分子杂交中，使用非放射性标记，通过细胞色素c将生物素与RNA分子连接起来。

1977年，Rudkin等，发明了用间接免疫荧光法检测目的DNA的非同位素原位杂交技术。

1981年，Roumam，首次报道了荧光素标记的cDNA作原位杂交。同年，Langer等，用生物素标记核苷酸制备探针。

1986年，Cremer与Lieher等，分别证实了荧光原位杂交（FISH）技术应用于间期核检测染色体非整倍体的可行性，从而开辟了间期细胞遗传学研究。

二、荧光原位杂交技术的现状

从20世纪90年代至今，FISH在方法上逐步从单色向多色、从中期染色体FISH向粗线期染色体FISH到纤维（fiber）-F ISH发展，其灵敏度和分辨率也有了大幅度提高。

1. 多色荧光原位杂交

首先，Cremer等用生物素和汞或氨基乙酰荧光素（AFA）标记探针建立了双色FISH技术。而后1990年Nederlof等提出用3种荧光素探测3种以上的靶位DNA序列，创建了多色FISH方法。在此基础上又建立了以下5种方法：

①染色体描绘；

②反转染色体描绘；

③多彩色原位启动标记；

④比较基因组杂交；

⑤光谱染色体自动核型分析；

⑥交叉核素色带分析。

可将多次繁琐的FISH试验和多种不同基因的定位在一次FISH试验中完成。

2. DNA纤维荧光原位杂交技术（DNA fiber-FISH）

Weigant等和Heng等首先利用化学方法将染色体进行线性化，再以此线性化的染色体DNA作为载体进行FISH，使FISH的分辨率显著提高。Parra和Windle（1993），Heiskanen等（1994），Florijn等（1995），进一步改进了伸展DNA纤维的方法，使DNA纤维的伸展程度从最初的80 kb/um达到了现在的2.5~3.5 kb/um。

三、荧光原位杂交技术的应用

1. FlsH特点：

（1）操作简便，立体分辨率高，观察分析方便，信号明亮清晰以及安全风险小；

（2）检测速度及探针稳定性比放射性标记探针好，探针标记后稳定，一次标记后可使用二年；

（3）方法敏感，能迅速得到结果；

（4）在同一标本上，利用不同颜色的荧光集团标记探针可同时检测几种不同的探针；

（5）不仅可用于分裂期细胞染色体数量或结构变化的研究，而且还可用于间期细胞的染色体数量及基因改变的研究；

（6）标记探针和荧光素试剂均可购置，使得FISH程序直接而可靠；

（7）某种特别种类的完整基因组、整个染色体、染色体亚区域或单拷贝序列依所用探针的复杂性可特异地分别开来；

（8）重复序列的杂交可被未标记基因组的DNA同探针预杂交而抑制，这对定位在大植入探针中的独特序列是决定性的。

2. 在基因定位中的应用

FISH可以直接测定DNA序列在染色体上的定位情况，基因的染色体定位是FISH在分子生物学上应用的重要方面。FISH还为当前着丝粒结构研究提供了重要的研究手段，主要是对着丝粒重复序列的分析，包括重复元件，如α、β和传统卫星DNA的性质和分布。FISH可以直接观察染色体端粒，简化了对其在核内的结构和功能研究，定位其端粒序列。

3. 在染色体结构研究中的应用

FISH可以直接观察染色体形态结构，也能观察细胞核内染色质，可阐明减数分裂染色体的高度有序结构，有助于了解减数分裂染色体配对和重组的机制。而荧光原位杂交技术用人染色体特异探针能有效地检测出人类和灵长类动物染色体畸变类型。染色体RNA和基因组进化研究提供技术支持。

4. 在微生物生态学中的应用

FISH技术具有很多优点，如快速、准确、原位等，因而目前在微生物生态学各个领域研究中已成为了强有力的工具。如环境样品中微生物多样性的检测、污水处理相关微生物多样性研究、动物体内共生微生物的研究、分析复杂的微生物群落等。

5. 在医学中的应用

可用于病源微生物诊断、产前诊断、绘制基因图谱、癌症基因的检测和判断等。