Advanced Science | 四川省农科院柑橘团队揭示芸香科植物染色体的演化

近日，四川省农业科学院园艺研究所柑橘团队在综合性TOP期刊Advanced Science上在线发表题为Comparative Oligo-FISH mapping illuminates chromosomal evolution among Rutaceae species diverged over 50 million years的研究论文，揭示了芸香科特别是柑橘亚科代表物种的染色体演化。

在植物中，基于基因组测序信息大规模合成覆盖染色体区段及全长的寡核苷酸（oligo）染色体特异性探针的发展，大幅拓展了荧光原位杂交（FISH）技术在基因组时代开展染色体生物学研究的应用，并可作为DNA测序的补充方法用于基因组分析。基于寡核苷酸合成的探针主要分为两类：第一类是“条形码（barcode）探针”，来源于物种染色体上不同的特定区域，可产生独特信号组合模式，实现对所有染色体的准确识别，可广泛应用于多种植物的染色体鉴定和核型分析；第二类是“染色体涂染探针”，由覆盖整条染色体的寡核苷酸组成，近年来在越来越多的植物中被用于多样的染色体研究。

芸香科（Rutaceae）是重要的被子植物科，包含151个属、1600余种植物，拥有柚、宽皮柑橘和甜橙等全球重要的水果作物。团队在前期发表于The Plant Journal杂志的柑橘类物种染色体研究的基础上，创新研发覆盖染色体区段的oligo条形码及全长染色体涂染探针，成功应用于芸香科柑橘亚科13个代表物种的染色体进化研究（图1）。结果显示，在经历长达2000万年的分化后，系列物种的染色体间仍保持了高度的共线性关系，表明其染色体结构极为稳定，解释了柑橘类物种间能够广泛杂交产生丰富种质资源的重要遗传基础。

图 1 芸香科植物的系统发育关系及barcode探针信号分布模式图

同时，该研究首次建立柑橘类物种的粗线期染色体核型，还惊奇的发现甜橙中通过第三代基因组测序仍未检测到的大片段单倍型染色体结构重排（图2）。

图2 瓦伦西亚甜橙（C. sinensis cv. Valencia）中多个染色体结构重排解析

研究特别发现，该探针体系成功应用于与柑橘分化约5200万年的芸香亚科物种石椒草（Boenninghausenia albiflora）。通过FISH比较作图分析，揭示出该物种与柑橘类在染色体基数10和9之间的复杂演化机制（图3）。结果表明，在模式植物物种中开发的基于寡核苷酸的FISH探针体系，可有效应用于高度分化的谱系，从而实现以往植物细胞遗传学研究中无法企及的，在超大时间尺度上快速重建染色体演化历史的能力。

图3 石椒草（B. albiflora）染色体演化示意

四川省农科院园艺研究所柑橘团队何礼研究员为论文第一作者兼共同通讯作者，美国密歇根州立大学蒋继明教授为论文共同通讯作者，中国农业大学赵海楠研究员和电子科技大学杨足君教授共同参与了研究。本研究得到国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划、四川省“十四五”果树育种攻关、四川省农业科学院1+9“揭榜挂帅”重点学科领域科技攻关等项目的支持。

论文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202521629