染色质纤维取向测量的创新突破：空心锥照明与小波变换方法的对比研究

为解决染色体内部结构解析难题，研究人员通过对比空心锥照明透射电镜(HCI-TEM)与小波变换(BFTEM-WT)两种方法，首次实现10-30 nm尺度染色质纤维取向的精准测量。研究证实两种方法检测结果高度一致，为理解染色体高级结构提供了新工具，相关成果发表于《Micron》。

　　

染色体作为遗传信息的载体，其内部结构解析一直是生命科学的重大挑战。核小体（直径约11 nm）通过复杂折叠形成直径达700 nm的染色单体，这种巨大的尺度差异使得传统透射电镜(TEM)难以捕捉内部纤维结构。过去一个世纪里，关于染色体是螺旋结构还是平行层状结构的争论从未停止。日本国立研究机构团队在《Micron》发表的研究，通过创新性对比空心锥照明(HCI)与小波变换(WT)两种方法，首次实现染色质纤维取向的可视化测量。

研究采用HeLa细胞分离染色体，经EDTA处理后获得扩展样本。关键技术包括：1）空心锥照明TEM（通过电子束倾斜和旋转选择特定空间频率）；2）小波变换分析（从明场TEM图像提取纤维特征）；3）电子衍射验证结构周期性。两种方法均针对10-100 nm尺度纤维设计，实验参数参考磁性材料成像标准。

【Sample preparation】
染色体经聚胺缓冲液分离后，用EDTA-HEPES缓冲液处理30分钟降低压缩度，最终在碳支持膜上形成扩展的纤维网络。

【Results】
在22,569个分析区域中，11,134个区域显示HCI与WT检测结果一致（取向差异<±15°）。碳膜背景区域因缺乏周期性结构未被误判，证实方法特异性。纤维取向分布图显示染色体内部存在明确的主导排列方向。

【Discussion】
HCI通过物理成像直接反映纤维取向，但需要精确控制电子束倾角（0.1-1 mrad）和物镜光阑；WT则通过数学变换从BFTEM图像提取特征，虽易受算法参数影响，但实验操作简便。两种方法互补验证显著提升结果可靠性。

【Conclusions】
该研究建立首个染色质纤维取向的定量检测体系，证实扩展染色体中10-30 nm纤维存在规律性排列。WT方法的验证为后续大样本研究奠定基础，HCI参数优化经验可直接应用于其他生物大分子成像。成果对理解染色体疾病发生机制和开发三维基因组分析工具具有重要价值。

（注：研究团队包含日本大阪大学、加拿大国家研究委员会等机构学者，第一作者Rinyaporn Phengchat为泰国籍研究人员，通讯作者Marek Malac任职于加拿大国家研究委员会。）