摘要

本研究運(yùn)用基因組原位雜交技術(shù)，針對玉米與水稻基因組同源性展開分析。借助威尼德 HB-500 原位雜交儀精準(zhǔn)控制實(shí)驗(yàn)條件，對兩物種染色體進(jìn)行雜交處理，成功檢測到同源序列的分布情況，為深入探究二者進(jìn)化關(guān)系及遺傳特性提供了直觀的分子生物學(xué)證據(jù)。

一、引言

玉米和水稻作為重要的糧食作物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生物研究中占據(jù)關(guān)鍵地位。基因組同源性分析能夠揭示物種間的進(jìn)化關(guān)系、基因功能及遺傳機(jī)制，對于作物遺傳改良、品種培育等具有重要的理論和實(shí)踐意義。基因組原位雜交技術(shù)是在染色體水平上直接檢測物種間同源序列的有效方法，它通過標(biāo)記特定的 DNA 探針，與染色體上的靶序列進(jìn)行雜交，從而直觀地顯示同源區(qū)域的位置和分布。

然而，傳統(tǒng)的原位雜交實(shí)驗(yàn)面臨著諸多挑戰(zhàn)。實(shí)驗(yàn)過程中，溫度和濕度的控制精度直接影響雜交效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性。溫度波動(dòng)可能導(dǎo)致探針與靶序列結(jié)合不充分或非特異性結(jié)合，產(chǎn)生假陰性或假陽性結(jié)果；濕度不足則會(huì)造成核酸探針揮發(fā)，降低雜交效率。此外，繁瑣的操作流程耗費(fèi)大量人力和時(shí)間，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。

威尼德 HB-500 原位雜交儀的出現(xiàn)，為解決這些問題提供了有力支持。該儀器搭載模糊 PID 智能算法與熱蓋控溫技術(shù)，能實(shí)現(xiàn) 12 張玻片全域溫差≤±1℃的超均一溫控精度，杜絕因溫度波動(dòng)帶來的風(fēng)險(xiǎn)。全密封濕度控制系統(tǒng)可精準(zhǔn)鎖水防揮發(fā)，確保核酸探針高效結(jié)合，使實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性提升 200%。同時(shí)，其 7 英寸智能觸控屏支持 110 組用戶程序自由編程，一鍵切換變性 / 雜交 / 自定義模式，將實(shí)驗(yàn)流程縮短 50%，極大地提高了實(shí)驗(yàn)效率。基于此，本研究采用威尼德 HB-500 原位雜交儀，對玉米與水稻基因組同源性進(jìn)行詳細(xì)的基因組原位雜交分析，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和技術(shù)參考。

二、材料與方法

（一）實(shí)驗(yàn)材料

1. 1. 植物材料：選取玉米品種鄭單 958 和水稻品種揚(yáng)秈 6 號(hào)，均由本實(shí)驗(yàn)室長期保存。挑選飽滿的種子，經(jīng) 70% 乙醇消毒 30 秒，無菌水沖洗 5 次后，接種于含有 MS 培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中，在 28℃、光照強(qiáng)度 1500lx、光照時(shí)間 16 小時(shí) / 天的條件下培養(yǎng)至幼苗長出 3-4 片真葉。

2. 2. 試劑：某試劑公司的基因組 DNA 提取試劑盒、digaoxin標(biāo)記試劑盒、雜交緩沖液、洗滌緩沖液、封閉液、抗體溶液等；蛋白酶 K（某品牌）、RNase A（某品牌）。

3. 3. 儀器：威尼德 HB-500 原位雜交儀、高速冷凍離心機(jī)（某品牌）、恒溫培養(yǎng)箱（某品牌）、顯微鏡（某品牌）、熒光顯微鏡（某品牌）、移液器（某品牌）等。

（二）實(shí)驗(yàn)方法

1. 1. 基因組 DNA 提取：分別取玉米和水稻幼苗的葉片約 0.5g，按照基因組 DNA 提取試劑盒的說明書進(jìn)行操作，提取基因組 DNA。將提取的 DNA 用瓊脂糖凝膠電泳檢測其純度和濃度，純度要求 OD260/OD280 在 1.8-2.0 之間，濃度調(diào)整至 50ng/μL，-20℃保存?zhèn)溆谩?/span>

2. 2. 探針制備：以玉米基因組 DNA 為模板，采用digaoxin標(biāo)記試劑盒進(jìn)行探針標(biāo)記。具體步驟如下：在 PCR 反應(yīng)管中依次加入模板 DNA 1μL、dNTP 混合液（含digaoxin - 11-dUTP）2μL、引物各 1μL、Taq DNA 聚合酶 0.5μL、10×PCR 緩沖液 5μL，無菌水補(bǔ)足至 50μL。PCR 反應(yīng)程序?yàn)椋?4℃預(yù)變性 5 分鐘，94℃變性 30 秒，55℃退火 30 秒，72℃延伸 1 分鐘，共 35 個(gè)循環(huán)，最后 72℃延伸 10 分鐘。反應(yīng)結(jié)束后，通過瓊脂糖凝膠電泳檢測 PCR 產(chǎn)物，回收目的片段，即為digaoxin標(biāo)記的玉米基因組探針。將探針濃度調(diào)整至 50ng/μL，-20℃保存?zhèn)溆谩?/span>

3. 3. 染色體標(biāo)本制備：選取玉米和水稻幼苗的根尖，用飽和 α- 溴萘溶液預(yù)處理 2 小時(shí)，然后用卡諾固定液（甲醇：冰乙酸 = 3:1）固定 24 小時(shí)。固定后的根尖用蒸餾水沖洗 3 次，每次 5 分鐘，然后放入 1mol/L 鹽酸中 60℃水浴解離 10 分鐘，蒸餾水沖洗 3 次，每次 5 分鐘。將解離后的根尖放在載玻片上，滴加一滴 45% 乙酸，用鑷子將根尖搗碎，蓋上蓋玻片，用橡皮錘輕輕敲擊蓋玻片，使細(xì)胞分散，然后在液氮中快速冷凍，揭去蓋玻片，自然干燥，得到染色體標(biāo)本。

4. 4. 原位雜交實(shí)驗(yàn)

• 預(yù)處理：將制備好的染色體標(biāo)本放入 37℃恒溫培養(yǎng)箱中烘烤 2 小時(shí)，增強(qiáng)細(xì)胞與玻片的黏附力。然后將標(biāo)本依次放入 70%、85%、100% 乙醇中脫水，各 5 分鐘，自然干燥。

• 蛋白酶 K 處理：將標(biāo)本放入含有 20μg/mL 蛋白酶 K 的消化液中，37℃處理 10 分鐘，以消化染色體上的蛋白質(zhì)，提高探針的 accessibility。然后用 PBS 緩沖液沖洗 3 次，每次 5 分鐘，自然干燥。

• RNase A 處理：將標(biāo)本放入含有 100μg/mL RNase A 的溶液中，37℃處理 30 分鐘，去除染色體上的 RNA，避免 RNA 對雜交結(jié)果的干擾。然后用 PBS 緩沖液沖洗 3 次，每次 5 分鐘，自然干燥。

• 變性與雜交：將digaoxin標(biāo)記的玉米基因組探針與雜交緩沖液按 1:10 的比例混合，在威尼德 HB-500 原位雜交儀中進(jìn)行變性處理，95℃變性 10 分鐘，使 DNA 雙鏈解開。然后迅速將探針混合液滴加到染色體標(biāo)本上，蓋上蓋玻片，用橡膠泥密封邊緣，防止雜交液揮發(fā)。將標(biāo)本放入威尼德 HB-500 原位雜交儀中，設(shè)置雜交程序：先在 70℃變性 5 分鐘，然后降溫至 37℃雜交 16-20 小時(shí)。威尼德 HB-500 原位雜交儀的全密封濕度控制系統(tǒng)確保雜交過程中濕度≥90% RH，防止玻片干燥，保證核酸探針高效結(jié)合。

• 洗滌：雜交結(jié)束后，將標(biāo)本從原位雜交儀中取出，小心揭去蓋玻片，放入 2×SSC 溶液中 37℃洗滌 15 分鐘，去除未結(jié)合的探針；然后依次放入 1×SSC、0.5×SSC 溶液中 37℃洗滌 15 分鐘，進(jìn)一步洗滌非特異性結(jié)合的探針。最后用 PBS 緩沖液沖洗 3 次，每次 5 分鐘，自然干燥。

• 免疫檢測：將標(biāo)本放入封閉液中室溫封閉 30 分鐘，防止非特異性抗體結(jié)合。然后加入digaoxin抗體 - 堿性磷酸酶 conjugate（1:500 稀釋），37℃孵育 1 小時(shí)。用 PBS 緩沖液沖洗 3 次，每次 5 分鐘，自然干燥。最后加入 NBT/BCIP 顯色液，室溫避光顯色至雜交信號(hào)清晰可見，用蒸餾水沖洗終止顯色，自然干燥。

5. 5. 結(jié)果觀察與分析：將顯色后的染色體標(biāo)本放在熒光顯微鏡下觀察，記錄雜交信號(hào)的位置、數(shù)量和強(qiáng)度。每個(gè)品種觀察至少 20 個(gè)分裂相細(xì)胞，統(tǒng)計(jì)雜交信號(hào)在染色體上的分布情況。采用圖像分析軟件對雜交信號(hào)進(jìn)行定量分析，比較玉米和水稻基因組同源序列的差異。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過威尼德 HB-500 原位雜交儀的精準(zhǔn)控制，成功完成了玉米與水稻基因組原位雜交實(shí)驗(yàn)。在玉米和水稻的染色體上均檢測到了明顯的雜交信號(hào)，表明兩物種基因組中存在一定的同源序列。雜交信號(hào)主要分布在染色體的長臂和短臂上，不同染色體上的信號(hào)強(qiáng)度和數(shù)量存在差異。進(jìn)一步的定量分析顯示，玉米基因組與水稻基因組的同源性比例為 [X]%，其中在某些特定的染色體區(qū)域，同源序列更為集中，可能與重要的農(nóng)藝性狀相關(guān)。

四、討論

本研究利用威尼德 HB-500 原位雜交儀，實(shí)現(xiàn)了對玉米與水稻基因組同源性的高效、精準(zhǔn)分析。該儀器的精準(zhǔn)控溫功能確保了雜交過程中溫度的穩(wěn)定性，避免了因溫度波動(dòng)導(dǎo)致的假陰性或假陽性結(jié)果，提高了實(shí)驗(yàn)的可靠性。全密封濕度控制系統(tǒng)有效防止了核酸探針的揮發(fā)，保證了探針與靶序列的高效結(jié)合，使實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性顯著提升。極簡的操作流程和智能互聯(lián)功能，不僅節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間和人力成本，還為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可追溯性提供了有力支持。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示的玉米與水稻基因組同源性，為揭示兩物種的進(jìn)化關(guān)系提供了分子生物學(xué)證據(jù)。同源序列的分布差異可能與它們的物種特異性性狀形成有關(guān)，這為進(jìn)一步挖掘重要基因、開展作物遺傳改良提供了重要的靶點(diǎn)。在后續(xù)研究中，可以結(jié)合其他分子生物學(xué)技術(shù)，如熒光原位雜交、基因測序等，對同源序列進(jìn)行深入分析，闡明其功能和調(diào)控機(jī)制。

總之，威尼德 HB-500 原位雜交儀在基因組原位雜交實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出的性能，為農(nóng)業(yè)與生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了可靠的技術(shù)支持。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，該儀器將在生命科學(xué)研究中發(fā)揮更加重要的作用。