利用FISH核型解析小伞山羊草、尾状山羊草、顶芒山羊草和单芒山羊草染色体结构多样性

FISH技术主要用于小麦及其近缘属物种染色体鉴定，也可用于基因组多样性、染色体结构和进化模式的分析。目前尚未见小伞山羊草(Ae. umbellulata,2n= 2x= 14, UU)、尾状山羊草(Ae. markgrafii,2n= 2x= 14, CC)、顶芒山羊草(Ae. comosa, 2n= 2x= 14, MM)和单芒山羊草(Ae. uniaristata, 2n= 2x= 14, NN)染色体FISH核型变异及多样性的报道。

1. 为探索U、M、C和N基因组的染色体多样性及变异，建立了以Oligo-pSc119.2、Oligo-pTa71、Oligo- pTa713、(AAC)₅、(ACT)₇和(CTT)₁₂为探针的小伞山羊草、尾状山羊草、顶芒山羊草和单芒山羊草的标准核型, 6种FISH探针在四个基因组染色体上的信号存在差异(图1)。发现荧光探针Oligo-pSc119.2/Oligo-pTa71分别与(AAC)₅、(ACT)₇和 (CTT)₁₂组合，能清楚区分小伞山羊草、尾状山羊草、顶芒山羊草和单芒山羊草的7对染色体 (图1)。

图1. 四种山羊草二倍体物种的染色体核型分析

2．小伞山羊草、尾状山羊草和顶芒山羊草染色体有丰富的种内核型遗传变异，而6份单芒山羊草的染色体FISH核型一致。小伞山羊草的7U染色体有6种变异，其他U染色体只有2或3种变异(图2)。而尾状山羊草和顶芒山羊草的每条染色体至少有5种变异，特别是2C、4M (Ae. comosasubsp.comosa)和6M (Ae. comosasubsp.subventricosa) 染色体上的变异类型多达18、10和15种(图2，3)。

图2. 小伞山羊草和尾状山羊草染色体变异及频率

图3. 顶芒山羊草两个变种染色体变异及频率

3. 尾状山羊草和顶芒山羊草的同源染色体之间存在不对称核型，特别是1C、2C、4C、7C、4M (Ae. comosasubsp.comosa)和6M (Ae. comosasubsp.subventricosa) 染色体(图4)。

图4. 尾状山羊草和顶芒山羊草同源染色体的不对称核型

小伞山羊草、尾状山羊草和顶芒山羊草的FISH核型多样性及变异说明这三个物种在进化过程中可能产生了大量的染色体重排。本研究结果可用于识别这些山羊草属物种的7对染色体，也为理解这四个山羊草属物种的进化关系和染色体变异提供了信息。2020年6月9日Frontiers in Plant Science杂志在线发表了四川农业大学的这一研究结果（https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00710）。博士生宋中平为该论文第一作者，颜泽洪教授和代寿芬副教授为该论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家科技部和四川省科技厅等项目资助。

参考文献：

Ruban AS, Badaeva ED. (2018). Evolution of the S-genomes inTriticum-Aegilopsalliance, evidences from chromosome analysis. Front Plant Sci 9:1756.

Song ZP, Dai SF, Jia YN, Zhao, L, Kang LZ, Liu DC, et al. (2019). Development and characterization ofTriticum turgidum-Aegilopsumbellulataamphidiploids. Plant Genet Resour C 17:24-32.

Song ZP, Dai SF, Bao TY, Zuo YY, Xiang Q, Li J, et al. (2020) Analysis of structural genomic diversity inAegilops umbellulata,Ae. markgrafii,Ae. comosa, andAe. uniaristataby fluorescence in situ hybridization karyotyping. Front Plant Sci 11:710