东北师范大学分子表观遗传学教育部重点实验室，国家杰青，高被引科学家刘宝教授团队最近发表在Molecular Biology and Evolution上的论文：Transgenerationally precipitated meiotic chromosome instability fuels rapid karyotypic evolution and phenotypic diversity in an artificially constructed allotetraploid wheat (AADD) (人工合成四倍体小麦AADD的世代间染色体不稳定性引起的表型与核型快速进化机制)。

      本期讲述有关细胞学染色体方面的研究，由于小编知识储备有限，今天有幸请来一直大力支持我们的电子科大杨足君老师为我们解读，杨老师在细胞遗传学、染色体工程方面造诣很深，下面请看杨老师的解读和点评：

体细胞的染色体核型的不稳定性是人类癌症研究的重要课题，然而全基因组复制事件（或多倍体化，特别是异源多倍体化）作为开花植物进化的重要动力，其引起的基因组冲击，以及产生的表型变异、核型演化与植物的适应性进化的关系缺乏深入研究。

      众所周知，第一次异源多倍体化A基因组的祖先与B（或S）基因组的祖先在50万年前合成二粒小麦（BBAA），第二次异源多倍体化发生在大约8000年前，BBAA与节节麦DD合成栽培小麦。六倍体小麦的形成是研究多倍体基因组进化机制的优异模式生物。刘宝教授课题组前期在PNAS上发表题为“Intrinsic karyotype stability and gene copy number variations may have laid the foundation for tetraploid wheat formation”，利用A， B（S），D的二倍体供体物种人工合成了一系列四倍体物种，发现仅有SSAA具有高度的稳定性，这与自然进化过程中结果一致。论文人工合成了结合A与D染色体组的异源四倍体，获得了跨越12个世代的数千个单株的精准染色体核型的分子细胞遗传学鉴定，揭示了核型的不稳定性、表型变异与快速进化的内在遗传机制，该研究拟揭示为什么AADD基因组组合，具有核型不稳定性，而成为被自然选择淘汰的异源四倍体的分子细胞遗传学机制，对理解小麦基因组的形成、进化具有重要意义。

      本篇论文研究通过基因组原位杂交（即GISH）识别A和D染色体组，用重复序列探针pAs1（红色）和45SrDNA(绿色)的荧光原位杂交(FISH)鉴定每一条A，D染色体，对染色体数目变异、结构变异进行精准识别。

      在染色体数目变异的统计，发现在的AADD整倍体自交第12个世代（S12）群体存在大量的核型变异。在S12代的1462株中，只有18.1%的核型与亲本一致，其余的具有数目和结构的变化，这些由于减数分裂异常引起。

      后代植株的染色体组成呈现不同亚基因组的变异，比如，14条染色体中有的染色体出现0-4条，即三体四体在A染色体组中比较常见，而单体缺体染色体更倾向于存在于D组染色体。在A染色体组中 2A 3A 6A 染色体增加较多。2D， 3D 6D的丢失更为严重。4A/4D 5A/D相对最稳定，数目变异不大。

     对S12代植株染色体结构变异的统计，也发现A组的结构变异大于D组染色体。发生数目变异大的染色体结构变异也较大。所有的14个染色体都有结构变异发生，同时也检测到大量染色体组内端部和中部易位。

从自交S4代至S12代的跨世代观察，发现整倍体在世代间的选择，并没有提高整倍体的频率，减数分裂观察发现大量的异常配对构型。

      进一步对10个表型性状进行了观察和与核型变异的统计分析。发现染色体组的互补核型与优异性状相关，发现在群体水平上染色体组成变异具有生殖适应性的特征。

      论文中染色体图版与统计分析图版的精美呈现，对复杂的染色体组进化现象的完美阐释，是刘宝教授团队一系列小麦基因组进化高水平论文，非常值得小麦研究工作者学习和借鉴的。

      该研究是刘宝教授团队在异源多倍体小麦形成早期核型稳定性对异源四倍体和六倍体小麦物染色体进化与物种形成关系研究上，取得的一系列重要成果的又一力作。

      PS：小编之前费劲的浏览罢此论文，仍然一头雾水，杨老师用其丰富的知识背景和通俗的语言把这个故事讲得非常吸引人，细胞学竟如此魅力！封面的图片是由杨老师在平时制片的时候“偶然”制出来的。杨老师把它叫“染色体心形”，科研工作者也有自己的浪漫，把它发给自己的男（女）盆友，让他（她）一起和你欣赏一下吧。