令人惊讶的基因裂痕:美国栗子和中国栗子差异重大(图)

《科学报告》上的一项新研究揭示了美国板栗和中国板栗基因组核仁组织区（NOR）的显著差异。这种差异对它们在抗枯萎病杂交中的兼容性假设提出了挑战。这对美国板栗的恢复和抗枯萎病具有潜在影响。


美国板栗和中国板栗的染色体毕竟不是那么相似，至少在基因组的一个关键区域--核仁组织区（NOR）--是如此。这一发现发表在今天（1月15日）出版的《科学报告》（Scientific Reports）上，对任何希望通过与中国板栗杂交使美国板栗具有抗枯萎病能力的人来说都具有重大意义。

"这是植物细胞学领域前所未有的发现，"林务局遗传学家、该研究的第一作者努鲁尔-法里迪（Nurul Faridi）说。

传统的回交育种涉及两个物种之间的杂交，目的是在不进行基因工程的情况下将两个物种的性状理想地结合在一起。只有当两个物种的染色体相容时，回交育种才能成功。由于中美板栗杂交种可以存活，因此人们认为这两个物种高度兼容。但新的研究显示，这两个物种的 NOR 存在显著差异。

栗树是一种落叶硬木树种，因其锯齿状的大叶子和可食用的栗子而闻名。它属于栗属，原产于世界各地，包括欧洲、亚洲和北美洲。栗树可以长到令人印象深刻的高度，因其木材和出产的美味坚果而备受重视。这些树木在人类历史上发挥了重要作用，为各种用途提供食物和木材。

NOR 是每个动植物细胞的一部分。它携带着制造核糖体的遗传指令，核糖体是制造生命所必需的蛋白质的分子机器。

NOR 位于特定染色体短臂的末端附近。它存在于两个物种上，但在中国板栗中，它被一种被称为异染色质的DNA包裹着，约占染色体的25%。这种 DNA 的结构和组成令研究人员大吃一惊--它高度浓缩，缺乏基因内容，转录不活跃。 相比之下，美洲栗卫星非常小，似乎是外染色质。DNA的染色体区具有转录活性。

法里迪使用专门的显微镜、紫外线滤光片和一种能与 DNA 结合的染料，首先注意到一小对中国栗树染色体发出非常明亮的荧光。他利用一种叫做荧光原位杂交（FISH）的技术对这一发现进行了进一步分析。

"我们的高质量 FISH 图像为这种独特的 DNA 排列提供了明确的证据，"法里迪说。"这些图像不仅仅是图片，它们还证明了遗传物质的动态性质"。



两个物种的染色体卫星（中国板栗在左，美国板栗在右）。与所有染色体一样，这些染色体由染色质（DNA 分子和蛋白质的混合物）构成。染色质有几种类型。中国板栗中的亮蓝色尖端表示异染色质 DNA，而尖端上的浅紫色可能代表同染色质 DNA。美洲板栗卫星的整个区域似乎都是外染色质。资料来源：美国农业部林业局图片，Nurul Faridi 拍摄

法里迪自 1991 年以来一直从事 FISH 工作，拥有丰富的植物染色体制备分析经验。从经过酶解的根尖中分离出来的染色体，大部分没有细胞壁、核膜和细胞质碎片，最适合进行 FISH 分析。

大多数 FISH 图像都是从动物细胞中获得的，因为植物细胞，尤其是树木，在处理上更具挑战性。 法里迪发现，栗子比松树和杨树更难处理。

研究人员将使用一种名为寡核苷酸 FISH 的技术进行进一步研究。寡核苷酸 FISH 使用从 DNA 测序中获得的短特异性 DNA 探针。由于美国板栗和中国板栗的整个基因组都已测序，研究人员将利用寡核苷酸荧光显微镜进行详细的基因研究，从而发现基因组的细微差别。这项技术对研究杂交种特别有用，因为它能显示基因来自哪个亲本。

在培育具有美洲板栗高度和中国板栗抗枯萎病特性的美洲板栗杂交种方面取得了重大进展。然而，正如林业局以前的研究显示的那样，目前最先进的杂交种还没有足够的抗枯萎病能力用于恢复。

编译来源：ScitechDaily