石河子大学李鸿彬/孟状团队在苜蓿染色体演化领域取得系列研究进展

近期石河子大学生命科学学院李鸿彬/孟状研究团队在苜蓿染色体进化生物学研究领域取得系列进展，相关研究成果相继发表在园艺学顶级期刊Horticulture Research。为苜蓿属植物染色体遗传变异、物种形成和基因组进化研究提供了理论依据和重要参考。

2024年9月，团队在Horticulture Research期刊发表了

Oligo-FISH barcode chromosome identification system provides novel insights into the natural chromosome aberrations propensity in the autotetraploid cultivated alfalfa

2025年11月，团队再次在Horticulture Research期刊发表了Chromosome-specific painting provides insights into the karyotype evolutionary direction and trajectory in the genusMedicago的研究论文，进一步解析了苜蓿属物种间染色体核型特征、进化方向和历史演化轨迹，为苜蓿属物种形成和基因组进化研究奠定了重要基础。

在植物进化中，近缘物种间染色体基数的分化普遍存在，但其演化方向是“从高到低”（降序）还是“从低到高”（升序）一直是学界争议焦点。苜蓿（Medicago sativa L.）作为重要牧草作物，被誉为“牧草之王”。其所在的苜蓿属更是植物进化研究的典型类群。长期以来，学界对苜蓿属中 “x=8” 与 “x=7” 两种基本染色体数的分化路径争论不休—究竟是 “x=8→x=7” 的降序进化，还是 “x=7→x=8” 的升序进化，这一核心问题始终缺乏直接证据支撑。为破解这一谜题，石河子大学孟状课题组创新性地开发了苜蓿染色体特异性涂染标记，为每条染色体配备了“专属追踪器”，实现了对苜蓿属物种染色体进化轨迹的精准追溯（图1）。通过对紫花苜蓿复合体中x=8 材料（涵盖二倍体和同源四倍体）的比较细胞学分析，发现紫花苜蓿复合体物种的染色体呈现出高度保守的共线性，未出现明显的染色体重排，印证了x=8 苜蓿核型在进化过程中的稳定性（图1）。

而在对x=7 的南苜蓿（Medicago polymorpha）的研究中，团队取得了关键突破：证实其染色体数从8 缩减至 7 的核心机制，是3、5、6 号染色体的大规模断裂-融合事件，而非此前学界普遍认为的 “3 号与 7 号染色体简单融合”（图2）。这一发现纠正了苜蓿之前基因组假说的偏差，为解析苜蓿属染色体基数分化提供了细胞学层面的明确证据。

图1苜蓿染色体特异性涂染细胞学标记开发

图2苜蓿（x=7和x=8）染色体重排现象及“下降式”进化方向

进一步整合染色体重排、rDNA 重塑和系统发育分析等证据，团队锁定了苜蓿属核型进化的关键时间节点：约12 MYA的中新世中期，祖先核型 x=8 通过降序演化，逐步形成了 x=7 的类群。这一结论不仅解决了苜蓿属进化的长期争议，更首次从细胞学角度验证了苜蓿属物种核型“降序进化” 的合理性。此外，研究还基于系统发育和比较细胞学分析重建了苜蓿属物种进化框架（图3），系统揭示了苜蓿属物种系统发育关系和染色体核型演化历史轨迹，为苜蓿属物种形成和基因组进化提供了重要参考依据。

图3苜蓿属物种系统发育关系及染色体核型演化历史轨迹

石河子大学为该论文第一完成单位，石河子大学生命科学学院孟状副教授为论文通讯作者，李鸿彬教授、谢全亮教授和安徽师范大学生命科学学院左胜副教授为论文共同通讯作者，石河子大学生命科学学院2024级硕士研究生王伟为论文第一作者，2025级硕士研究生吴霞为论文共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金青年科学基金项目、新疆维吾尔自治区“天池英才”青年博士人才项目、石河子大学高层次人才科研启动资金项目、兵团自然基金项目、石河子大学青年拔尖人才项目、兵团科技攻关项目、兵团科技创新人才项目等的资助。

通讯作者简介:

孟状，男，博士，1993.07，籍贯安徽，石河子大学生命科学学院副教授，硕士生导师，发育生物学研究生学位点负责人，遗传学教研室主任，主要从事植物染色体进化生物学和基因组学研究；系新疆维吾尔自治区天池英才青年博士人才支持计划获得者，石河子大学青年拔尖人才计划获得者，已主持国自然青年科学基金项目（C类），新疆生产建设兵团重点领域科技攻关计划项目和面上项目等10项，荣获新疆生产建设兵团科技进步奖一等奖（10/15）、石河子大学2024年度突出贡献奖、石河子大学研究生教育教学成果奖二等奖（3/6）、石河子大学生命科学学院2024年度科研先进个人各一项；已在The Plant Journal（2024）, Horticulture Research（2024, 2025）, Theoretical and Applied Genetics（2020）, The Crop Journal（2023）, Horticultural Plant Journal（2025）, Industrial Crops and Products（2023）和Genome Biology（2021）等国际著名SCI期刊上发表20余篇文章，其中通讯作者/第一作者身份发表12篇。多次受邀为Journal of Integrative Plant Biology, Horticulture Research、Plant Diversity和Industrial Crops and Products等中科院一区TOP期刊审稿。

第一作者简介：

王伟，男，2002.03，籍贯云南，石河子大学生命科学学院2024级硕士研究生。于2025年荣获研究生国家奖学金，目前以第一作者/共同第一作者身份在中科院一区TOP期刊Horticulture Research、Horticulture Plant Journal发表学术论文3篇。