细胞遗传学和分子遗传学：核型分析、荧光原位杂交和微阵列杂交技术介绍和比较

检验之星

细胞遗传学和分子遗传学：核型分析、荧光原位杂交和微阵列杂交技术介绍和比较
细胞遗传学是在细胞层面研究遗传物质结构，分子遗传学是在分子（DNA）层面分析遗传物质的结构和功能。本文将简单的介绍几种常用临床检测技术，在特定的临床症状病症情况下，正确的检测方法的使用非常关键的，选择不正确的检测方法则可能漏检或错检。

核型分析
该技术是通过生长刺激因子促使外周血中的淋巴细胞转变为活跃的有丝分裂细胞，并选择中期细胞最多时，将其固定染色，进行染色体结构分析的一种其中。染色又称染色体显带技术，常用的有G显带 (使用Giemsa), Q显带和R显带等，染色后在染色体上产生明暗相间的带型，单倍体在400--500条带水平。然后在显微镜下检查染色体的结构异常。如整个染色体的丢失或重复，部分或完整的臂易位，细微的一个条带的变化。

核型分析的优势：
1.     看得到整个基因组
2.     看得到单独的细胞和染色体
3.      一般检测费用较低

核型分析的限制：
1.     最小分辨率局限5MB
2.     需要成功培养细胞
这里要注意，传统的核型分析的需要好几天来做细胞培养。 而且，在取样后48小时内样本必须到达实验室，以保证细胞的活性。当然样本越早到达越好，以提高样本成功培养的几率。
          图1：正常的核型分析（女性和男性）
        图2：21三体女性的核型分析荧光原位杂交 (FISH)
荧光原位杂交
常规的染色体核型分析检测的DNA变异的大小局限于5MB，而使用荧光探针的荧光原位杂交技术（FISH），分辨率可以达到100kb-1mb的大小。带有荧光标记的特异性DNA序列和受检者的DNA进行杂交，可以检测出荧光信号的存在、缺失、拷贝数的变化，这对于致病位点检测特别有价值。随着针对已知致病位点探针数的增加，对于基因微缺失和微重复的诊断也越来越准确。 但是FISH最大的限制就是只能检测特定已知位点。
FISH的优势：

• 任意的DNA序列都可以成为探针
  
• 相对于G显带，在检测序列缺失、插入、易位上更高的分辨率
  
• 可以使用任何阶段的细胞它可以在细胞的基础上分析结果
  
• 更短的检测时间，例如组织不需要培养到中期细胞
  

FISH的限制：
1.     检测范围较小，只能检测目的基因，而不是全基因组的结构。
图3：Di Geirge 的中期FISH图。绿色的探针标识2个22号染色体（标准探针）。
红色的探针特异性的指向Di George 区，仅在一个22号染色体上发现，意味着一条染色体出现了缺失。

微阵列比较基因组杂交: array CGH和SNP array

微阵列比较基因组杂交技术是将受检者的基因和参考基因（正常控制或者标准）进行比较，根据不同的信号比，检测出受检基因组的失衡，如拷贝数变异（CNVs）。为了便于分析，整个基因组被打成很多的小片段，但通过已知的探针，可以准确定义每个片段在基因组中的位置。

一般，为了明确检测样本检测区域拷贝数和参考样本之间的区别：
1.     样本和参考DNA被不同的颜色的荧光探针标记。（绿色和红色）
2.     这两个样本和固定在微阵列DNA探针，进行互补配对。通过扫描仪，收集到颜色和强度信息。
3.     当受检DNA和参考DNA位置和数量一致的时候，就会出现净排放颜色。（黄色）
4.     当受检样本有重复的时候，相对于红色，就会出现更多的绿色。相反，缺失就会出现更多的红色。
图4：Array CGH的主要原理
单核苷酸多态性微阵列
SNP，单个核酸位点的变化，是基因组中最常见的变异。 SNP array 和array CGH的理论基础都是一致的，不过基于SNP的应用可以在标准强度数据外收集到基因型信息。因此，SNP最重要的优势就是可以覆盖拷贝数变化（CNVs）和杂合性丢失（LOH）。例如：父母一方或双方的遗传物质的丢失。
图5：SNP array 得到的图形：强度和基因型分析


核型分析和CGH和SNP芯片比较
他们都是全基因组检测，可用于评估基因组失衡，例如拷贝数变异。虽然它们看起来可能是非常不同的技术，其实主要的区别在于分辨率。一个标准的G显带核型通常分辨率大约5 MB，而现代阵列分析就像一个更厉害的显微镜，具有更高的分辨率，即使在较低分辨率下也可以检测到大达到1MB，在较高分辨率下可以检测到10KB的变化。更多的小的拷贝数变化（CNVs）在这种高分辨率技术下被检测出来， 这意味着使用最新的微阵列技术，将有更多致病的基因拷贝数变异被发现。但在基因组中，拷贝数的变异非常常见，大量的无意CNVs也会被发现，所以后续的检测和解读非常有必要。
核型分析、免疫荧光、array CGH/SNP的临床应用
鉴于不同技术各自的特点，在临床应用的时候需要按照不同的情况进行选择。
一般性，核型分析作为一线检测方案应用在：

• 常见的染色体非整倍体评估，例如：21,18,13，性染色体非整倍体
  
  
• 性别不确定
  
• 青春期延迟/第二性征发育不良
  
• 女性身材矮小或闭经
  
• 孤立的临床特征，如唇裂，心脏病。
  
• 染色体断裂综合征
  
• 不孕不育
  

单探针FISH用来确认已经明确的综合征，例如：Williams’综合征Array CGH/SNP作为一线检测方案应用在：

• 无法解释的学习困难
  
• 智力低下/认知障碍
  
• 发育迟缓
  
• 行为问题，包括自闭症
  
• 畸形/多种先天性异常
  
• 流产（SNP array）
  
• 孕期超声检查出的异常
  

在精神发育迟缓的诊断率方面：
方法检出率核型和FISH5-10%
CGH arrays（BAC arrays）
+16.7%的病例无法被核型分析/FISH解释
SNP arrays
+22.7%的病例无法被核型分析/FISH解释

特别要注意，上述只是一般建议.在一些情况下，不止需要做一个检测，有时在一线临床检测后还需要后续检测。 建议和你的遗传咨询师商量最终方案。
参考资料：

Constitutional cyto- and molecular genetics:Karyotyping, FISH and CGH array

原文地址：https://zhuanlan.zhihu.com/p/25144302