原位杂交

原位杂交是指将特定标记的已知顺序核酸为探针与细胞或组织切片中核酸进行杂交，从而对特定核酸顺序进行精确定量定位的过程。原位杂交可以在细胞标本或组织标本上进行。

基本定义

原位杂交（in situ hybridization）将标记的核酸探针与细胞或组织中的核酸进行杂交，称为原位杂交。

使用DNA或者RNA探针来检测与其互补的另一条链在细菌或其他真核细胞中的位置。

RNA原位核酸杂交又称RNA原位杂交组织化学或RNA原位杂交。该技术是指运用cRNA或寡核苷酸等探针检测细胞和组织内RNA表达的一种原位杂交技术。其基本原理是：在细胞或组织结构保持不变的条件下，用标记的已知的RNA核苷酸片段，按核酸杂交中碱基配对原则，与待测细胞或组织中相应的基因片段相结合（杂交），所形成的杂交体（Hybrids）经显色反应后在光学显微镜或电子显微镜下观察其细胞内相应的mRNA、rRNA和tRNA分子。RNA原位杂交技术经不断改进，其应用的领域已远超出DNA原位杂交技术。尤其在基因分析和诊断方面能作定性、定位和定量分析，已成为最有效的分子病理学技术，同时在分析低丰度和罕见的mRNA表达方面已展示了分子生物学的一重要方向。

FISH是原位杂交技术大家族中的一员，因其所用探针被荧光物质标记（间接或直接）而得名，该方法在80年代末被发明，现已从实验室逐步进入临床诊断领域。基本原理是荧光标记的核酸探针在变性后与已变性的靶核酸在退火温度下复性；通过荧光显微镜观察荧光信号可在不改变被分析对象（即维持其原位）的前提下对靶核酸进行分析。DNA荧光标记探针是其中最常用的一类核酸探针。利用此探针可对组织、细胞或染色体中的DNA进行染色体及基因水平的分析。荧光标记探针不对环境构成污染，灵敏度能得到保障，可进行多色观察分析，因而可同时使用多个探针，缩短因单个探针分开使用导致的周期过程和技术障碍。

例子

以菌落原位杂交为例：

对分散在若干个琼脂平板上的少数菌落（100-200）进行克隆筛选时，可采用该方法。将这些菌落归并到一个琼脂主平板以及已置于第二个琼脂平板表面的一张硝酸纤维素滤膜上。经培养一段时间后，对菌落进行原位裂解。主平板应贮存于4℃直至得到筛选结果。

将少数菌落转移到硝酸纤维素滤膜上

（1）在含有选择性抗生素的琼脂平板上放一张硝酸纤维素滤膜。

（2）用无菌牙签将各个菌落先转移至滤膜上，再转移至含有选择性抗生素但未放滤膜的琼脂主平板上。应按一定的格子进行划线接种（或打点）。每菌落应分别划线于两个平板的相同位置上。最后，在滤膜和主平板上同时划一个含有非重组质粒（如pBR322）的菌落。

（3）倒置平板，于37℃培养至划线的细菌菌落生长到0.5-1.0mm的宽度。

（4）用已装防水黑色绘图墨水的注射器针头穿透滤膜直至琼脂，在3个以上的不对称位置作标记。在主平板大致相同的位置上也作上标记。

（5）用Parafilm膜封好主平板，倒置贮放于4℃，直至获得杂交反应的结果。

（6）裂解细菌，按本段下面所述方法，使释放的DNA结合于硝酸纤维素滤膜。

菌落的裂解及DNA结合于硝酸纤维素滤膜

（1）在一张保鲜膜上制作一个装有0.5mol/L NaOH的小洼（0.75ml），使菌落面朝上，将滤膜放到小洼上，展平保鲜膜，使滤膜均匀湿润，让滤膜留于原处2-3分钟。

（2）用干纸巾从滤膜的下方吸干滤膜，用一张新的保鲜膜和新配制的0.5mol/L NaOH重复步骤（1）。

（3）吸干滤膜，将滤膜转移到新的带有1mol/L Tris·Cl(pH7.4）的保鲜膜洼上。5分钟后吸干滤膜，再重复一次该步骤。

（4）吸干滤膜，把它转移到有1.5mol/L NaCl、0.5mol/L Tris·Cl (pH7.4）的保鲜膜小洼上5分钟后吸干滤膜，转移到一张干的滤纸上，置于室温20-30分钟，使滤膜干燥。

（5）将滤膜夹在两张干的滤纸之间，在真空烤箱中于80℃干烤2小时，固定DNA。

（6）将固定在膜上的DNA与32 P标记的RNA进行杂交。

3.杂交　（1）盛有2×SSC的塑料盘同，将干烤的滤膜飘浮在液面上，彻底浸湿5分钟。

（2）将滤膜转到200ml预洗液的玻璃皿中。滤膜何叠在一起，放于溶液中。用保鲜膜盖住玻璃皿，放到位于培养箱内的旋转平台上。于50℃处理30分钟。在这一步及以后的所有步骤中，应缓缓摇动滤膜，防止它们粘在一起。

（3）用泡过预洗液的吸水棉纸轻轻地从膜表面拭去细菌碎片，以降低杂交背景而不影响阳性杂交信号的强度和清晰度。

（4）将滤膜转到盛有150ml预杂交液的玻璃中，在适宜温度（即在水溶液中杂交时用68℃，而在50%甲酰胺中杂交时用42℃）下，预杂交1-2小时。

（5）将32 P标记的双链DNA探针于100℃加热5分钟，迅速置于冰浴中。单链探针不必变性。将探针加到杂交袋中杂交过夜。杂交期间，盛滤膜的容器应盖严，以防液体蒸发。

（6）杂交结束后，去除杂交液，立即于室温把滤膜放入大体积（300-500ml）的2×SSC和0.1% SDS溶液中，轻轻振摇5分钟，并将滤膜至少翻转一次。重复洗一次，同时应避免膜干涸。

（7）68℃用300-500ml 1×SSC和0.1% SDS溶液洗膜两次，每次1-1.5小时。此时已可进行放射自显影。如背景很高或实验要求严格的洗膜条件，可用300-500ml 0.2×SSC和0.1% SDS的溶液于68℃将滤膜浸泡60分钟。

（8）把滤膜放在纸巾上于室温晾干后，把滤膜（编号面朝上）放在一张保鲜膜上，并在保鲜膜上作几个不对称的标记，以使滤膜与放射性自显影片位置对应。

（9）用第二张保鲜膜盖住滤膜。加X光片并加上增感屏于-70℃曝光12-16小时。

（10）底片显影后，在底片上贴一张透明硬纸片。在纸上标记阳性杂交信号的位置，同时在不对称分布点的位置上作出标记。可从底片上取下透明纸，通过对比纸上的点与琼脂上的点来鉴定阳性菌落。

应用

①细胞特异性mRNA转录的定位，可用于基因图谱，基因表达和基因组进化的研究；

②感染组织中病毒DNA/RNA的检测和定位，如EB病毒mRNA、人类乳头状瘤病毒和巨细胞病毒DNA的检测；

③癌基因、抑癌基因及各种功能基因在转录水平的表达及其变化的检测；

④基因在染色体上的定位；

⑤检测染色体的变化，如染色体数量异常和染色体易位等；

⑥分裂间期细胞遗传学的研究，如遗传病的产前诊断和某些遗传病基因携带者的确定，某些肿瘤的诊断和生物学剂量测定等。

意义

原位杂交：在研究DNA分子复制原理的基础上发展起来的一种技术。其基本原理是两条核苷酸单链片段，在适宜的条件下，能过氢键结合，形成DNA-DNA、DNA-RNA或 RNA-RNA 双键分子的特点，应用带有标记的（有放射性同位素，如3H、35S、32P、荧光素生物素、地高辛等非放射性物质）DNA或RNA片段作为核酸探针，与组织切片或细胞内待测核酸（RNA或DNA）片段进行杂交，然后可用放射自显影等方法予以显示，在光镜或电镜下观察目的 mRNA或DNA 的存在并定位；用原位杂交技术，可在原位研究细胞合成某种多肽或蛋白质的基因表达。此方法有很高的敏感性和特异性，可进一步从分子水平来探讨细胞的功能表达及其调节机制。已成为当今细胞生物学、分子生物学研究的重要手段。

原位杂交试验

收集斑马鱼的胚胎，在Holfretor水中培养，到达所需要的发育时期时，用蛋白酶去除卵膜，用4%多聚甲醛固定，在4℃保存，二十四小时后用50%甲醇2%多聚甲醛溶液洗，然后换成甲醇，在-20C 保存，待用（两天和两天以上的胚胎需要用双氧水处理，去除色素。或者使用苯锍脲稀溶液培养，可阻断色素的形成）

原位杂交第一天

1. 重新水化和固定

1）吸取固定好的胚胎，加入50%甲醇的PBST溶液，放置5分钟。

2）置换成30%甲醇的PBST溶液，放置5分钟

3）置换成PBST溶液，放置5分钟，重复一次

4）置换成4%多聚甲醛的PBS溶液固定20分钟

5）用PBST洗两次，每次放置五分钟，室温。

蛋白酶处理与后固定（本实验不做此步）

1）用10ul/ml的蛋白酶K在室温下处理胚胎。5体节以下的胚胎不处理，5体节到24小时的胚胎处理3分钟，24小时以上的胚胎处理5分钟或者更长。发育时间越短的胚胎越嫩，可以不用或者少用蛋白酶处理，发育时间长的胚胎就需要用蛋白酶来疏松组织，以便于杂交。

2）用PBST溶液轻洗，在PBST中放置5分钟。

3）用4%多聚甲醛的PBS溶液固定20分钟，室温。

4）用PBST洗两次，每次放置五分钟，室温。

2. 预杂交

1）每个管中置换成大约300ulHYB－溶液，60℃水浴5分钟，避免振荡。

2）用等体积的HYB+取代HYB－。

3）60℃水浴，预杂交4小时以上。

3. 杂交

1）吸去预杂交的HYB+，加上100ul已加入探针的HYB+溶液（探针浓度约为1ng/ul）..

2）60℃ 温浴过夜。

注：杂交与预杂交的温度可以是55到60度不等，温度越低，探针结合越好，温度越高，背景越小。

原位杂交第二天

1）将探针回收，放于－20C保存（通常探针可重复使用十次左右）。

2）加入50%甲酰胺/2XSSCT溶液1毫升，60℃，放置30分钟，重复一次。

3）置换2XSSCT1ml，60℃，放置15分钟。

4）置换0.2XSSCT1ml，60℃，放置30分钟，重复一次。

1）用MABT洗两次，每次五分钟，放在摇床轻轻摇动。

2）室温下加1ml 1：2：7溶液，时间为一小时。

3）按1：3000的比例在1：2：7溶液中加入酶连地高辛抗体，4C 冰箱过夜。

原位杂交第三天

1）用1ml含10%热灭活血清的MABT溶液置换抗体溶液，放置摇床上25分钟，然后用1mlMABT置换，25分钟，再用1mlMABT溶液置换，一小时以上，最后用1mlMABT溶液置换，25分钟。

2）用1ml 1mM左旋米睉的Staining buffer洗三次，每次放置五分钟。

3）将胚胎转入十六孔板中，吸去staining buffer，加上300ul BM Purple AP Substrate（底物，用之前加5mM左旋米唑），十六孔板外面包上锡箔纸以避光，避免摇动，室温下显色。

4）每隔一小时观察胚胎是否开始显色

5）将显色完全的胚胎中的底物吸出，用PBST洗两三次后加上4%多聚甲醛固定，拍照。

6）4C冰箱保存。

原位杂交中溶液的配制：

PBS:

NaCl 8g

KCl 0.2g

Na2HPO4 1.44g

KH2PO4 0.24g

DEPC H2O 1L

HCl 调PH值至7.4

抽滤，灭菌

4% 多聚甲醛：

多聚甲醛 40g

PBS 1L

加热持续搅拌至溶液澄清。-20℃保存

PBST：

PBS溶液加上Tween-20使其终浓度为0.1%。

20XSSC:

Na3Citrate 2H2O 88.2g

NaCl 175.5g

DEPC H2O 至1L

抽滤，灭菌

SSCT：

SSC加上Tween-20使其终浓度为0.1%。

HYB-：

甲酰胺：20XSSC储液：DEPC水=2：1：1配制

加入Tween-20使其终浓度为0.1%，-20c保存。

HYB+：

HYB- 20ml

yeast RNA 10mg

heparin 1mg。

-20℃保存。

MAB：

maleic acid 11.6g

NaCl 8.8g

用固体NaOH（约7g）调至Ph=7.5

4℃保存

MABT

MAB加上Tween-20使其终浓度为0.1%.

10% blocking reagent:

blocking reagent 8g

MAB 72ml

1：2：7溶液：

灭活羊血清：10% BM blocking reagent：MABT=1：2：7

用时现配

Staining buffer：

Tris 12.1g

pH9.5

Mgcl 6H2O 10.2g,

Nacl 5.85g

Tween-20 1ml,

用之前加1M的左旋咪唑储液，使之终浓度为1mM。

荧光原位杂交

荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH）是在20世纪80年代末在放射性原位杂交技术的基础上发展起来的一种非放射性分子细胞遗传技术，以荧光标记取代同位素标记而形成的一种新的原位杂交方法，探针首先与某种介导分子（reporter molecule）结合，杂交后再通过免疫细胞化学过程连接上荧光染料[1,2].FISH的基本原理是将DNA（或RNA）探针用特殊的核苷酸分子标记，然后将探针直接杂交到染色体或DNA纤维切片上，再用与荧光素分子偶联的单克隆抗体与探针分子特异性结合来检测DNA序列在染色体或DNA纤维切片上的定性、定位、相对定量分析.FISH具有安全、快速、灵敏度高、探针能长期保存、能同时显示多种颜色等优点，不但能显示中期分裂相，还能显示于间期核.同时在荧光原位杂交基础上又发展了多彩色荧光原位杂交技术和染色质纤维荧光原位杂交技术.

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