近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)陳發(fā)棣教授團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)權(quán)威期刊《New Phytologist》上發(fā)表題為“Sequential Oligo-FISH reveals conserved synteny and rapid cytological diploidization in Chrysanthemum autopolyploids”的研究。該研究攻克了菊屬染色體相似度高、難以精確識(shí)別的技術(shù)難題，首次開(kāi)發(fā)出菊屬染色體特異涂染探針庫(kù)，并建立順序熒光原位雜交（FISH）技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了同源染色體組在染色體水平上的精確識(shí)別與追蹤，揭示了菊屬多倍體快速細(xì)胞學(xué)二倍化的潛在機(jī)制。

菊花（Chrysanthemum morifolium）隸屬于菊科春黃菊族菊屬（Chrysanthemum），是我國(guó)十大傳統(tǒng)名花和世界四大切花之一，其基因組結(jié)構(gòu)復(fù)雜。菊屬植物倍性分布廣泛，從二倍體到十倍體均有分布，是研究多倍體進(jìn)化的理想材料。然而，由于菊屬植物染色體小，相似度高，難以簡(jiǎn)單通過(guò)染色體核型分析技術(shù)及熒光原位雜交等傳統(tǒng)細(xì)胞遺傳學(xué)技術(shù)區(qū)分單條染色體，這嚴(yán)重阻礙了菊屬不同物種間染色體進(jìn)化關(guān)系和物種起源演化等研究（圖1）。菊屬究竟有幾個(gè)染色體組，不同染色體組在菊屬植物起源和演化過(guò)程中的作用是什么仍有待明確。

圖1 菊屬植物分布及Oligo-FISH鑒定結(jié)果

為此，團(tuán)隊(duì)基于已發(fā)表的栽培菊花‘鐘山紫桂’高質(zhì)量單倍體基因組，首次開(kāi)發(fā)出菊屬全染色體組特異性涂染探針庫(kù)。此外，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步創(chuàng)新性地建立了順序熒光原位雜交技術(shù)體系，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)菊屬所有同源染色體組的逐條、精準(zhǔn)識(shí)別與可視化，攻克了長(zhǎng)期以來(lái)菊屬染色體組“分辨難”的核心技術(shù)難題（圖2）。

圖2 菊屬植物染色體特異涂染探針庫(kù)開(kāi)發(fā)

基于開(kāi)發(fā)的寡核苷酸探針庫(kù)（CmOP-1及CmOP-2）、染色體特異涂染探針及順序熒光原位雜交技術(shù)體系，團(tuán)隊(duì)對(duì)7份菊屬種質(zhì)進(jìn)行順序熒光原位雜交分析，以攜帶5S rDNA位點(diǎn)的同源染色體組（Chr 19/20/21）為例證實(shí)了菊屬在演化過(guò)程中保持著極其保守的染色體共線(xiàn)性，未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模易位或重排（圖 3）。這為解析菊屬穩(wěn)定的進(jìn)化模式提供了直接可視化的細(xì)胞學(xué)證據(jù)。

圖3 菊屬植物同源染色體組（Chr 19/20/21）順序熒光原位雜交結(jié)果

基于人工創(chuàng)制的同源多倍體材料及順序FISH技術(shù)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)了菊屬同源多倍體在形成過(guò)程中伴隨快速二倍化現(xiàn)象，即多倍體細(xì)胞在減數(shù)分裂中表現(xiàn)出類(lèi)似二倍體的二價(jià)體配對(duì)模式（圖 4）?；谙嚓P(guān)Oligo-FISH及減數(shù)分裂染色體行為統(tǒng)計(jì)結(jié)果，我們認(rèn)為：重復(fù)序列（尤其是異染色質(zhì)區(qū)富集的重復(fù)序列）的動(dòng)態(tài)變化（擴(kuò)增與丟失），可能通過(guò)影響減數(shù)分裂過(guò)程中同源染色體的識(shí)別與配對(duì)，從而促進(jìn)了這種快速二倍化，以維持多倍體基因組的穩(wěn)定性。該研究首次開(kāi)發(fā)了菊屬全染色體組特異性涂染探針庫(kù)并建立了順序熒光原位雜交技術(shù)體系，為解析復(fù)雜多倍體植物的基因組進(jìn)化提供了關(guān)鍵細(xì)胞遺傳學(xué)工具，也為菊屬多倍體育種策略的制定提供了理論與技術(shù)支撐。

圖4 菊屬同源多倍體減數(shù)分裂染色體行為觀(guān)察統(tǒng)計(jì)

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)菊花遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新利用團(tuán)隊(duì)博士畢業(yè)生何俊（現(xiàn)工作單位：福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所）為論文第一作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院王海濱教授和陳發(fā)棣教授為論文通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院已畢業(yè)研究生林思思、張爽爽、饒欣雨，在讀博士生何彥澤，菊花遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新利用團(tuán)隊(duì)廖園老師、宋愛(ài)萍教授、王振興教授參與了該研究。該研究亦獲南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院亓增軍教授的悉心指導(dǎo)，以及園藝學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室馬月花高級(jí)實(shí)驗(yàn)師在儀器使用方面提供的大力支持。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFD2300900）、國(guó)家自然科學(xué)基金（32172613，32341048）、江蘇省種業(yè)振興“揭榜掛帥”項(xiàng)目（JBGS [2021]020）、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-23-A18）及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（QTPY2025005）等資助。

原文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70968