桑葚有两套染色体基数吗？西南大学十年研究首次揭示

与人或动物不同，桑树有两套染色体碱基。近日，中国科技期刊《园艺研究》发表了西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室(以下简称实验室)的论文《川桑和白桑在进化过程中的染色体重构与数目的改变》，在国际上首次发现桑树具有14套和7套染色体碱基，提出了“桑树染色体断裂-融合循环”理论。这一研究成果为绘制桑树亲缘关系“家谱”奠定了基础，也将为桑树学科和产业发展提供更准确的指导。

从发现到确认，从理论到证明，西南大学桑团队用了10年时间。为了保持实验不间断，节假日工作已经成为研究团队的习惯。

2月10日，记者来到实验室，探寻这一成果背后的故事。

花了10年才解开桑树染色体之谜。

桑树是我国传统的乡土树种，也是重要的生态和经济树种。到目前为止，世界上有30多个种，7000多种桑树种质资源，中国占世界桑树种质资源的50%以上。

"除养蚕外，桑树还是水土保持和生态恢复的优良树种."团队成员梁久波副教授滔滔不绝地谈论着桑树。他说，西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室曾发布了世界上第一张家蚕基因组框架图，处于家蚕研究的前沿。作为实验室的领导，中国工程院院士向钟槐提出，要好好研究桑树，让桑树发挥更大的作用。

“桑树的倍性极其丰富，这赋予了它快速适应不同环境的能力。”梁九伯解释说，桑树有10种染色体。比如新疆药用桑葚的染色体数量已经达到308条，是已知植物中最高的。通过基因测序，研究小组发现桑葚其实属于罗萨莱斯。仅在过去的1亿年里，桑树基因的进化速度大约是蔷薇科其他物种的3-4倍。

为了弄清各种桑树种质资源以及它们之间的“亲缘”关系，在成千上万的桑树种质资源中梳理出有利于养蚕、药用和生态修复的核心优势桑树种质，何教授带领的实验室团队将研究重点放在了基因载体染色体3354上。

在常规知识中，一个生物体只有一组染色体，例如，人类细胞由一组46条染色体组成。以往的研究文献将桑树的染色体数目定为14，作为桑树基因组测序的单倍体。然而，在研究中，何贾宁的研究小组发现，许多染色体不是14的倍数。在育种过程中，也发现用传统方法育种有时无法获得优质品种。

2012年，研究小组发现一些桑树有七条染色体。但是，这和14条染色体有什么关系，为什么会这样？团队花了10年时间搭建了分子细胞遗传学平台，分析了桑树的全基因组，揭示了桑树染色体的进化规律，反复确认14号和7号染色体是桑树最小遗传单位的染色体基数。

探针揭示桑树染色体的“分裂”和“组合”

实验室里，博士后宣亚辉熟练地操作机械臂在高倍显微镜前移动微米距离，进行桑树染色体显微切割实验。

“一条染色体只有几微米长。我们使用一种特殊的玻璃针将染色体从细胞中分离出来。”宣雅惠说，每一次分离都不亚于一场高强度的比赛。在显微镜下，你必须通过移动机械臂的微尺度距离，集中精力搅动染色体，最终成功分离染色体。分离一条染色体只需要几分钟。

这是揭开桑树染色体之谜的必要准备。用这种方法筛选出的一些特殊的DNA序列可以作为研究这种染色体结构的探针，有助于分析这种染色体上重要基因的功能和进化。

据了解，由于桑树的染色体多为点状，长度接近，非常困难，尤其是多倍体桑树，分析几十到几百条染色体的核型非常困难，需要通过荧光原位杂交进行定位，但也很难确定唯一的基因序列。他们在每条染色体上开发了独特的基因序列作为探针，这种基因序列就像人类的指纹一样独特，从而从众多的染色体中准确地识别出桑树的每条染色体。

基于这样一套技术，何团队绘制了野生桑树的核型图谱，14条染色体被准确地分成了7对，为桑树的染色体研究奠定了基础，搭建了可靠的技术平台。

梁久波介绍，团队经过无数次的比对和筛选，确定了桑树的倍性级别，并绘制了染色体核型图。还发现14号和7号染色体的关系不是简单的倍数关系，不能互相替代。它们是由一条染色体断裂形成多条染色体或多条染色体首尾融合引起的。

"通过这项研究，我们可以把桑树种质资源牢牢掌握在自己手中."实验室副主任何教授表示，下一步，他们将继续研究，理清其他多倍体桑树品种之间的关系，更好地指导桑树的基础研究和育种工作。