王海波 應(yīng)靜文 何 禮,3 葉文宣 涂 衛(wèi) 蔡興奎 宋波濤,* 柳 俊

研究簡(jiǎn)報(bào)

rDNA和端粒重復(fù)序列鑒定馬鈴薯和茄子體細(xì)胞雜種染色體丟失和融合

王海波1,2應(yīng)靜文1何 禮1,3葉文宣1涂 衛(wèi)1蔡興奎1宋波濤1,*柳 俊1

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部馬鈴薯生物學(xué)與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 湖北省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心/ 華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 湖北武漢 430070;2湖北民族大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 湖北恩施 445000;3四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所, 四川成都 610066

植物體細(xì)胞雜交是植物種質(zhì)資源創(chuàng)制的重要方法。體細(xì)胞雜種在原生質(zhì)體再生的過(guò)程中染色體會(huì)產(chǎn)生非常多的遺傳變異。研究體細(xì)胞雜種的染色體行為為馬鈴薯體細(xì)胞雜種的創(chuàng)制和利用提供理論基礎(chǔ)。本研究采用rDNA和端粒重復(fù)序列作為探針進(jìn)行原位雜交(fluorescence in situ hybridization), 并結(jié)合基因組原位雜交(genomic in situ hybridization), 對(duì)馬鈴薯和茄子體細(xì)胞雜種染色體組成和變異進(jìn)行了分析。原位雜交結(jié)果表明, 體細(xì)胞雜種中存在馬鈴薯和茄子融合的染色體和雙著絲粒染色體, 并發(fā)現(xiàn)部分融合染色體是由馬鈴薯和茄子2號(hào)染色體末端對(duì)末端融合得到的。重排的雙著絲粒染色體的著絲粒一個(gè)來(lái)源于馬鈴薯, 一個(gè)來(lái)源于茄子。此外, 體細(xì)胞雜種中來(lái)源于茄子的5S rDNA在體細(xì)胞雜種再生及穩(wěn)定的過(guò)程中全部丟失。研究結(jié)果表明馬鈴薯與茄子在進(jìn)行體細(xì)胞雜交的過(guò)程中, 染色體是不穩(wěn)定的, 容易造成融合后代出現(xiàn)雙著絲粒和染色體重排等現(xiàn)象。體細(xì)胞雜種的染色體會(huì)通過(guò)染色體重排、雙著絲粒、rDNA均一化等多種形式使其染色體趨于穩(wěn)定。

馬鈴薯; 茄子; 體細(xì)胞雜種; rDNA; 染色體重排

馬鈴薯(L.)是重要的非谷物類糧食作物, 在保障我國(guó)糧食安全和全面脫貧攻堅(jiān)中具有重要的作用。由于栽培種和野生種之間存在倍性差異以及胚乳平衡數(shù)(Endosperm balance number, EBN)不匹配等原因?qū)е逻h(yuǎn)緣雜交不親和, 使得野生種中抗性資源難以向栽培種轉(zhuǎn)移。原生質(zhì)體融合技術(shù)的發(fā)展和成熟為馬鈴薯野生種優(yōu)良遺傳資源利用和種質(zhì)資源創(chuàng)制提供了非常好的方法。前人通過(guò)原生質(zhì)體融合創(chuàng)制了非常多的優(yōu)良材料, 為作物遺傳育種提供了非常多的優(yōu)良材料。例如, 小麥通過(guò)與高冰草等小麥近緣屬禾草的非對(duì)稱體細(xì)胞融合, 可以使小麥產(chǎn)生帶有部分近緣屬禾草染色體片段的漸滲系, 從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)良性狀的轉(zhuǎn)移[1-2]。前人通過(guò)馬鈴薯體細(xì)胞雜交創(chuàng)制了非常多的具有生物或者非生物脅迫抗性的馬鈴薯種質(zhì)資源, 如抗晚疫病[3-4]、抗青枯病[5-6]、抗病毒[7-8]、抗寒[9]、耐鹽[10]等, 并將這些優(yōu)良的種質(zhì)資源運(yùn)用到馬鈴薯育種中。

體細(xì)胞融合后經(jīng)過(guò)再生過(guò)程, 染色體會(huì)發(fā)生比較多的變異, 例如重排、缺失、雙著絲粒等。基因組原位雜交(Genomic in situ hybridization, GISH)是區(qū)分體細(xì)胞雜種染色體來(lái)源的非常有效的工具[11-12]。有研究表明, 馬鈴薯和茄子的染色體是可以通過(guò)GISH進(jìn)行有效區(qū)分的[13]。除了GISH以外, 還有一些染色體特異的細(xì)胞遺傳學(xué)DNA標(biāo)記也可以通過(guò)熒光原位雜交(Fluorescence in situ hybridization, FISH)用到馬鈴薯茄子體細(xì)胞雜種研究中。例如, 馬鈴薯和茄子的5S rDNA都定位在1號(hào)染色體上, 25S rDNA在馬鈴薯和茄子2號(hào)染色體上都產(chǎn)生非常明顯的信號(hào), 但是茄子25S rDNA在其他4條染色體也能觀察到信號(hào)[13]。馬鈴薯和茄子的端粒重復(fù)序列在染色體末端都能產(chǎn)生明顯的熒光信號(hào)[13]。這些特異的細(xì)胞遺傳學(xué)DNA標(biāo)記都可以用于研究體細(xì)胞雜種中染色體的行為, 通過(guò)對(duì)體細(xì)胞雜種染色體行為的研究, 可以使我們了解體細(xì)胞雜種的染色體遺傳變異, 利于體細(xì)胞雜種的利用。

本研究通過(guò)GISH與rDNA等細(xì)胞遺傳學(xué)DNA標(biāo)記相結(jié)合, 對(duì)體細(xì)胞雜種中染色體來(lái)源進(jìn)行分析, 并對(duì)其中的雙著絲粒染色體的形成原因進(jìn)行分析, 對(duì)遠(yuǎn)源體細(xì)胞雜種原生質(zhì)體融合再生過(guò)程中的染色體特殊行為有一個(gè)初步的了解, 為利用馬鈴薯體原生質(zhì)體融合創(chuàng)制種質(zhì)資源提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 植物材料

本研究所用到的植物材料包括栽培種馬鈴薯AC142 (二倍體), 栽培種茄子508.3 (二倍體), AC142和508.3的對(duì)稱融合體細(xì)胞雜種PE60-10 (非整倍體)、PE60-13 (非整倍體)等[14]。

1.2 中期染色體制片

組培苗接種在含40 g L–1蔗糖的MS培養(yǎng)基中生長(zhǎng)1周左右, 待根尖生長(zhǎng)到1 cm左右時(shí)進(jìn)行預(yù)處理。在上午9點(diǎn)左右, 植物根尖生長(zhǎng)旺盛的時(shí)間將根尖取下, 用蒸餾水洗凈培養(yǎng)基, 然后用2 mmol L–1的8-羥基喹啉(Sigma, USA)處理2～3 h[15], 預(yù)處理后的根尖用移液器吸凈8-羥基喹啉, 然后用蒸餾水洗凈, 并吸干水分, 然后用卡諾固定液(冰醋酸∶無(wú)水乙醇 = 1∶3)固定24 h以上, 然后將根尖保存在70%乙醇中備用。

固定好的根尖用手術(shù)刀片截取最前端偏白色的部分, 大約1～2 mm, 然后進(jìn)行酶解。酶解的酶液為纖維素酶(Yakult, Japan)和果膠酶(Sigma, USA)的混合酶液, 37℃酶解90 min左右, 然后用移液器吸干凈酶液, 并用蒸餾水漂洗10 min左右, 然后用移液器使用剪掉頭的槍頭將根尖吸出, 置于干凈的載玻片上, 解剖針刮掉多余的水, 再加上卡諾固定液, 并用鑷子將根尖敲碎勻漿, 并均勻散布到載玻片的一定范圍內(nèi), 最后再加2滴卡諾固定液將細(xì)胞碎片等雜質(zhì)沖洗干凈, 室溫陰干備用。

1.3 原位雜交

陰干的中期染色體制片在相差顯微鏡下進(jìn)行鏡檢, 挑選出分裂相多且染色體形態(tài)較好的染色體制片用于下一步原位雜交試驗(yàn)。原位雜交試驗(yàn)的具體步驟參考何禮[13]。完成原位雜交試驗(yàn)的染色體制片置于黑暗條件下室溫陰干, 然后用含有抗淬滅劑Vectarshield (Vector, USA)的DAPI (Roche, Switzerland)進(jìn)行復(fù)染, 然后利用ZEISS AXIOSKOP40正置熒光顯微鏡進(jìn)行鏡檢, Hamamatsu ORCA-R2 (Hamamatsu Photonics, Japan) CCD采集圖片。使用Image Pro Plus 6.0進(jìn)行偽彩添加、雜交信號(hào)和染色體圖片的疊加。最后用Photoshop CS6 (Adobe, USA)進(jìn)行圖片調(diào)整和圖版制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 端粒重復(fù)序列和rDNA在融合親本上的定位

前期研究表明, 端粒重復(fù)序列在馬鈴薯和茄子染色體末端都可以檢測(cè)到非常明顯的FISH信號(hào)[16]。本研究對(duì)5S rDNA、25S rDNA在AC142和508.3的定位進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn), 5S rDNA在AC142和508.3上都得到2個(gè)明顯的信號(hào)(圖1-a, b)。根據(jù)前人研究結(jié)果, 這2條染色體為1號(hào)染色體。25S rDNA在AC142上可以得到2個(gè)明顯的熒光信號(hào), 這2個(gè)信號(hào)位于2號(hào)染色體末端核仁組織區(qū)(圖1-a); 在508.3上, 25S rDNA得到了6個(gè)明顯的信號(hào)(圖1-b), 這6個(gè)信號(hào)中有2個(gè)是位于2號(hào)染色體末端核仁組織區(qū)的。說(shuō)明rDNA可以用來(lái)識(shí)別馬鈴薯和茄子體細(xì)胞雜種中的特定染色體。

2.2 體細(xì)胞雜種中rDNA的丟失

利用5S rDNA和25S rDNA作為染色體特異的細(xì)胞遺傳學(xué)標(biāo)記, 結(jié)合基因組原位雜交(GISH), 對(duì)體細(xì)胞雜種PE60-13的rDNA的組成及來(lái)源進(jìn)行分析。結(jié)果表明, PE60-13中5S rDNA信號(hào)全部來(lái)自于馬鈴薯染色體, 11個(gè)25S rDNA信號(hào)中, 4個(gè)來(lái)自于茄子, 7個(gè)來(lái)自于馬鈴薯(圖2); 說(shuō)明PE60-13中來(lái)源于茄子的5S rDNA信號(hào)在融合再生的過(guò)程中容易發(fā)生丟失, 并且來(lái)源于茄子的25S rDNA信號(hào)也比較容易丟失。

2.3 體細(xì)胞雜種中融合染色體的重排方式及來(lái)源

馬鈴薯和茄子體細(xì)胞雜種在融合的過(guò)程中, 染色體發(fā)生了比較多的變異, 包括染色體的丟失和重排等。利用不同的細(xì)胞遺傳學(xué)標(biāo)記對(duì)馬鈴薯和茄子體細(xì)胞雜種的一個(gè)重排染色體進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn), 這個(gè)重排的染色體的內(nèi)部存在很大的一個(gè)25S rDNA區(qū)域, 并且這個(gè)25S rDNA是來(lái)自于馬鈴薯和茄子染色體的(圖3-a, b)。此外, 還發(fā)現(xiàn)該重排染色體的內(nèi)部存在端粒重復(fù)序列的信號(hào)(圖3-c, d)。因此, 根據(jù)體細(xì)胞雜種PE60-10中該染色體的組成、形態(tài)以及含有較多的端粒重復(fù)序列, 我們推測(cè)該染色體是馬鈴薯和茄子2號(hào)染色體末端對(duì)末端融合得到的(圖4)。

圖1 rDNAs在AC142和508.3上的定位

a: rDNAs在AC142上的定位; b: rDNAs在508.3上的定位, 其中a、b中紅色熒光信號(hào)為5S rDNA信號(hào), 綠色熒光信號(hào)為25S rDNA信號(hào)。標(biāo)尺為10 μm。

a: the distribution of rDNAs on AC142; b: the distribution of rDNAs location on 508.3.Red signals denote 5S rDNA signals, green signals denote 25S rDNA signals.Bar: 10 μm.

圖2 rDNA探針結(jié)合GISH鑒定馬鈴薯和茄子體細(xì)胞雜種中染色體的組成

a: 體細(xì)胞雜種60-13染色體中含有rDNA位點(diǎn)染色體的識(shí)別(紅色為5S位點(diǎn), 綠色為25S位點(diǎn)); b: 來(lái)自a中的染色體經(jīng)過(guò)洗滌后再開展GISH鑒定其親本來(lái)源(紅色為馬鈴薯染色體, 綠色為茄子染色體)。箭頭指示25S位點(diǎn), 箭指示5S位點(diǎn)。標(biāo)尺為10 μm。

a: recognition of chromosomes containing rDNA sites in somatic hybrid 60-13 (red signals denote 5S sites, green signals denote 25S sites);b: recognition of parental chromosome origins by GISH performed after washing (Red signals denote chromosomes of.Green signals denote chromosomes of.).Arrowheads denote 25S sites, arrows denote 5S sites.Bar: 10 μm.

圖3 rDNA、端粒重復(fù)序列結(jié)合GISH鑒定體細(xì)胞雜種中重排染色體的來(lái)源

a: 體細(xì)胞雜種PE60-10染色體中含有rDNA的染色體的識(shí)別(紅色為5S位點(diǎn), 綠色為25S位點(diǎn)); b: 來(lái)自a中的染色體經(jīng)過(guò)洗滌后再開展GISH鑒定其親本來(lái)源(紅色為馬鈴薯染色體, 綠色為茄子染色體); c: 端粒探針信號(hào)在體細(xì)胞雜種PE60-10染色體中的分布(紅色為端粒探針信號(hào)); d: 來(lái)自c中的染色體經(jīng)過(guò)洗滌后再開展GISH鑒定其親本來(lái)源(紅色為馬鈴薯染色體, 綠色為茄子染色體)。圖a和b中箭頭指示25S位點(diǎn), 箭指示5S位點(diǎn), 圖c和d中橢圓和圓形框指示含有rDNA位點(diǎn)的重排染色體。圖a、b、c和d方框中放大的染色體為橢圓框中指示的染色體。標(biāo)尺為10 μm。

a: the recognition of chromosomes containing rDNA sites in somatic hybrid PE60-10, red blocks denote 5S rDNA sites, green blocks denote 25S rDNA sites; b: the recognition of parental chromosome origins in (a) by GISH performed after washing, red denoted chromosomes from potato,green denoted chromosomes from eggplant.; c: the distribution of telomeric probe signals in PE60-10, red denoted the telomeric sites; d: the results of GISH performed after washing telomeric probe signals, red denoted chromosomes from potato, green denoted the chromosomes from eggplant.Arrowheads denoted 25S rDNA sites; arrows denoted 5S rDNA sites.White ellipse and rounded frames denote rearrangement chromo-somes containing 25S rDNA sites.The enlarged chromosomes in Fig.a, b, c, d denote chromosomes with white frames.Bar: 10 μm.

圖4 體細(xì)胞雜種PE60-10中末端融合的染色體產(chǎn)生的示意圖

染色體上明顯染色很淺的區(qū)域?yàn)楹巳式M織區(qū)(NOR)。圖中的染色體來(lái)自作為體細(xì)胞融合的馬鈴薯和茄子親本, 以及它們的體細(xì)胞雜種PE60-10。

The apparent lightly stained areas on chromosomes denote nucleo-lar organizing regions (NOR).Chromosomes in the picture are from parents for somatic fusion between potato and eggplant, and their somatic hybrid PE60-10.

2.4 體細(xì)胞雜種中的雙著絲粒及其形成方式

在馬鈴薯和茄子體細(xì)胞雜種PE60-10中發(fā)現(xiàn)了具有雙著絲粒的重排染色體。通過(guò)基因組原位雜交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 重排染色體中的2個(gè)著絲粒中的一個(gè)位于茄子染色體片段上, 另外一個(gè)位于該重排染色體發(fā)生重排的區(qū)域(圖5)。前期對(duì)茄子中期染色體形態(tài)觀察, 并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)具有2個(gè)著絲粒的染色體, 這說(shuō)明茄子染色體都只有1個(gè)著絲粒, 因此該雙著絲粒染色體重排區(qū)域的著絲粒來(lái)源于馬鈴薯。

3 討論

端粒重復(fù)序列、rDNA是植物基因組中比較常見的重復(fù)序列, 并且這些序列相對(duì)比較保守且在染色體上定位位置相對(duì)固定[16-19]。此外, 還有報(bào)道利用端粒重復(fù)序列和著絲粒重復(fù)序列對(duì)茄屬物種進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)在其著絲粒區(qū)域也存在端粒重復(fù)序列, 這對(duì)于端粒重復(fù)序列的進(jìn)化和著絲粒的形成具有重要的意義。利用這些染色體特異的細(xì)胞學(xué)標(biāo)記, 結(jié)合基因組原位雜交, 可以對(duì)體細(xì)胞雜種的染色體行為進(jìn)行研究, 從而加深對(duì)體細(xì)胞雜種融合過(guò)程中染色體的行為的了解。

前人研究表明, 在新形成的異源多倍體中, rDNA位點(diǎn)的數(shù)量常常會(huì)發(fā)生變化[20], 其中一個(gè)親本的rDNA位點(diǎn)會(huì)容易發(fā)生減少或者丟失[21]。異源多倍體其中一個(gè)物種的rDNA迅速丟失, 對(duì)雜種的rDNA基因均一化起到至關(guān)重要的作用[22]。本研究中, PE60-13中來(lái)源于茄子的5S rDNA位點(diǎn)全部發(fā)生了丟失, 這表明馬鈴薯和茄子體細(xì)胞雜種的5S rDNA在朝著馬鈴薯5S rDNA基因均一化的方向發(fā)展, 并以此來(lái)促進(jìn)體細(xì)胞雜種染色體組的穩(wěn)定性。

圖5 體細(xì)胞雜種PE60-10中染色體重排形成的雙著絲粒

a和b分別顯示來(lái)自體細(xì)胞雜種PE60-10的2個(gè)染色體分裂相。箭指示具有雙著絲粒的染色體。白色方框中顯示該染色體的黑白圖片以利于觀察染色體上的縊痕。白色線條指示主縊痕, 黃色線條指示該染色體上另外一個(gè)明顯的縊痕。標(biāo)尺為10 μm。

a and b are two chromosome spreads of somatic hybrid 60-10.Arrows denote chromosomes with two centromeres.The white frames indicate chromosomes in black and white for better observation of constrictions.White lines denote primary constrictions, yellow lines denote another apparent constriction on chromosomes, respectively.Bar: 10 μm.

馬鈴薯和茄子對(duì)稱融合體細(xì)胞雜種中發(fā)現(xiàn)了多條重排染色體, 對(duì)其中部分重排染色體來(lái)源進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)PE60-10中的一條重排染色體是通過(guò)馬鈴薯和茄子2號(hào)染色體末端對(duì)末端融合得到的。這暗示著馬鈴薯和茄子在原生質(zhì)體融合后再生的過(guò)程中, 2號(hào)染色體很有可能不穩(wěn)定, 容易發(fā)生重排。此外, 本研究發(fā)現(xiàn), 馬鈴薯+茄子對(duì)稱融合體細(xì)胞雜種中存在比較多的染色體重排的現(xiàn)象。種間體細(xì)胞雜種著絲粒不穩(wěn)定, 容易發(fā)生重組[23], 雙著絲粒的染色體可以通過(guò)表觀修飾, 使其中的一個(gè)著絲粒失活從而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài), 并且會(huì)通過(guò)異染色質(zhì)化阻止其重新活化[24]。本研究中, 在PE60-10中發(fā)現(xiàn)了具有雙著絲粒的重排染色體, 并且這2個(gè)著絲粒分別來(lái)源于馬鈴薯和茄子的染色體(圖5), PE60-10的雙著絲粒染色體經(jīng)過(guò)多次繼代繁殖之后, 仍然能夠穩(wěn)定的存在。因此, PE60-10中具有雙著絲粒的染色體可能是通過(guò)使其中一個(gè)著絲粒失去活性或者喪失大部分活性來(lái)進(jìn)行正常的有絲分裂。

[1] Xiang F N, Xia G M, Chen H M.Effect of UV dosage on somatic hybridization between common wheat (L.) andL., 2003, 164: 697–707.

[2] 王晶, 向鳳寧, 夏光敏, 陳惠民.利用不對(duì)稱體細(xì)胞雜交向小麥轉(zhuǎn)移高冰草染色體小片段.中國(guó)科學(xué), 2004, 34: 113–120.

Wang J, Xiang F N, Xia G M, Chen H M.Using asymmetric somatic hybridization to transfer small chromosome fragments from tall wheatgrass to wheat., 2004, 34: 113–120 (in Chinese).

[3] Greplová M, Polzerová H, Vlastníková H.Electrofusion of protoplasts from,and., 2008, 30: 787–796.

[4] Tarwacka J, Polkowska-Kowalczyk L, Kolano B, Kolano B, ?liwka J, Wielgat B.Interspecific somatic hybrids(+), resistant to., 2013, 170: 1541–1548.

[5] Fock I, Collonnier C, Purwito A, Luisetti J, Souvannavong V, Vedel F, Servaes A, Ambroise A, Kodja H, Ducreux G, Sihachakr D.Resistance to bacterial wilt in somatic hybrids betweenand., 2000, 160: 165–176.

[6] Yu Y, Ye W X, He L, Cai X K, Liu T, Liu J.Introgression of bacterial wilt resistance from eggplant to potato via protoplast fusion and genome components of the hybrids., 2013, 32: 1687–1701.

[7] Austin S, Baer M A, Helgeson J P.Transfer of resistance to potato leaf roll virus fromintoby somatic fusion., 1985, 39: 75–81.

[8] Thieme R, Rakosy-Tican E, Gavrilenko T, Antonova O, Schubert J, Nachtigall M, Heimbach U, Thieme T.Novel somatic hybrids (L.+) and their fertile BC1progenies express extreme resistance to potato virus Y and late blight., 2008, 116: 691–700.

[9] Bastia T, Carotenuto N, Basile B, Zoina A, Cardi T.Induction of novel organelle DNA variation and transfer of resistance to frost and Verticillium wilt inthrough somatic hybridization with 1EBN., 2000, 116: 1–10.

[10] Bidani A, Nouri-Ellouz O, Lakhoua L, Sihachakr D, Cheniclet C, Mahjoub A, Drira N, Gargouri-Bouzid R.Interspecific potato somatic hybrids betweenandL.showed recombinant plastome and improved tolerance to salinity., 2007, 91: 179–189.

[11] Raina S, Rani V.GISH technology in plant genome research., 2001, 23: 83–104.

[12] Zluvova J, Lengerova M, Markova M, Hobza R, Nicolas M, Vyskot B, Charlesworth D, Negrutiu I, Janousek B.The inter-specific hybrid×reveals early events of sex chromosome evolution., 2005, 7: 327–336.

[13] 何禮.茄屬種及其種間體細(xì)胞雜種的染色體特征分析.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文, 湖北武漢, 2013.

He L.Optimization of Potato Fluorescence in Situ Hybridization and Chromosome Characteristics ofGenomes and the Inter-specific Somatic Hybrids.PhD Dissertation of Huazhong Agricultural University, Wuhan, Hubei, China, 2013 (in Chinese with English abstract).

[14] Wang H B, Cheng Z N, Wang B S, Dong J K, Ye W X, Yu Y, Liu T, Cai X K, Song B T, Liu J.Combining genome composition and differential gene expression analyses reveals thatcontributes to bacterial wilt resistance in somatic hybrids., 2020, 39: 1235–1248.

[15] Dong F, Song J, Naess S K, Helgeson J P, Gebhardt C, Jiang J.Development and applications of a set of chromosome-specific cytogenetic DNA markers in potato., 2000, 101: 1001–1007.

[16] He L, Liu J, Torres G A, Zhang H Q, Jiang J M, Xie C H.Interstitial telomeric repeats are enriched in the centromeres of chromosomes inspecies., 2012, 21: 5–13.

[17] Lou Q, Iovene M, Spooner D M, Buell C R, Jiang J.Evolution of chromosome 6 ofspecies revealed by comparative fluorescence in situ hybridization mapping., 2010, 119: 435–442.

[18] Pendinen G, Gavrilenko T, Jiang J, Spooner D M.Allopolyploid speciation of the Mexican tetraploid potato speciesandrevealed by genomic in situ hybridization., 2008, 51: 714–720.

[19] Wu F, Tanksley S D.Chromosomal evolution in the plant family., 2010, 11: 182.

[20] Malinska H, Tate J, Matyasek R, Leitch A, Soltis D, Soltis P, Kovarik A.Similar patterns of rDNA evolution in synthetic and recently formed natural populations of(Asteraceae) allotetraploids., 2010, 10: 291.

[21] Mlinarec J, Satovic Z, Malenica N, Ivancic-Bace I, Besendorfer V.Evolution of the tetraploid(2= 32) and hexaploid(2= 48) (Ranunculaceae) was accompanied by rDNA loci loss and intergenomic translocation: evidence for their common genome origin., 2012, 110: 703–712.

[22] Pontes O, Neves N, Silva M, Lewis M S, Madlung A, Comai L, Viegas W, Pikaard C S.Chromosomal locus rearrangements are a rapid response to formation of the allotetraploidgenome., 2004, 101: 18240–18245.

[23] Metcalfe C J, Bulazel K V, Ferreri G C, Schroeder-Reiter E, Wanner G, Rens W, Obergfell C, Eldridge M D, O'Neill R J.Genomic instability within centromeres of interspecific marsupial hybrids., 2007, 177: 2507–2517.

[24] Sato H, Masuda F, Takayama Y, Takahashi K, Saitoh S.Epigenetic inactivation and subsequent heterochromatinization of a centromere stabilize dicentric chromosomes., 2012, 22: 658–667.

Identification of chromosome loss and rearrangement in potato and eggplant somatic hybrids by rDNA and telomere repeats

WANG Hai-Bo1,2, YING Jing-Wen1, HE Li1,3, YE Wen-Xuan1, TU Wei1, CAI Xing-Kui1, SONG Bo-Tao1,*, and LIU Jun1

1Key Laboratory of Potato Biology and Biotechnology, Ministry of Agriculture and Rural Affairs / Key Laboratory of Horticultural Plant Biology, Ministry of Education / Potato Engineering and Technology Research Center of Hubei Province / Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, Hubei, China;2College of Biological Science and Technology, Hubei Minzu University, Enshi 445000, Hubei, China;3Horticulture Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066, Sichuan, China

Somatic hybridization is an important way to create new germplasm.Somatic hybrids produced plenty of genetic variation during protoplast regeneration.In this study, to analyze the chromosome composition and variation of potato and eggplant somatic hybrids, rDNAs and telomeric repeats were used as probes for FISH (fluorescence in situ hybridization), combined with GISH (Genomic in situ hybridization).The results showed that rearranged chromosomes and dicentric chromosomes existed in somatic hybrids, and the parts of the rearranged chromosomes was derived from the end-to-end fusion of potato and eggplant chromosomes 2.One centromere of the rearranged dicentric chromosomes was derived from potato and the other was from eggplant.Eggplant 5S rDNA sites were lost in somatic hybrids to homogenize the rDNA of somatic hybrids.The results of this study indicated that the chromosomes were unstable during the somatic hybridization of potato and eggplant, which can easily cause dicentric and chromosomal rearrangements in somatic hybrids.The chromosomes of somatic hybrids tended to be stable through various ways such as chromosome rearrangement, dicentric and rDNA homogenization.

potato; eggplant; somatic hybrids; rDNA; chromosome rearrangement

本研究由國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(馬鈴薯, CARS09-P07)資助。

This study was supported by the China Agriculture Research System (Potato, CARS-09-P07).

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20211015.1509.006.html

通信作者(Corresponding author): 宋波濤, E-mail: songbotao@mail.hzau.edu.cn

E-mail: wanghaibo0519@126.com

2021-09-10;

2021-10-18.

10.3724/SP.J.1006.2022.14070

2021-04-20;