西瓜染色體研究進(jìn)展

馬紹鋆

摘 要：該文從染色體制片技術(shù)、核型分析、原位雜交和倍性鑒定等方面系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外關(guān)于西瓜染色體的研究進(jìn)展，并對(duì)今后的研究方向進(jìn)行了展望，以期為西瓜細(xì)胞遺傳學(xué)和染色體工程的研究提供基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：西瓜；染色體；細(xì)胞遺傳學(xué)

中圖分類號(hào) S651 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）08-0025-03

Abstract：This paper systematically summarized the research achievements of chromosome in watermelon，including chromosome section，karyotype analysis，F(xiàn)ISH and ploidy determination and also suggested some future directions which could provide valuable reference for the research of cell genetics and chromosome engineering.

Key words：Watermelon；Chromosome；Cell Genetics

西瓜[Citrullus lanatus （Thunb.）Matsum.et Nakai，2n=2x=22]屬于葫蘆科西瓜屬，是世界重要的經(jīng)濟(jì)作物，也是我國(guó)栽培面積最大的主要瓜類作物。生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，具有綜合抗性的西瓜是農(nóng)民實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收的重要渠道。西瓜染色體很小，不易觀察，對(duì)染色體進(jìn)行細(xì)胞學(xué)研究可為親本的選配和新品種的選育提供細(xì)胞學(xué)依據(jù)。本文從染色體制片技術(shù)、核型分析、原位雜交和倍性鑒定等方面系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外關(guān)于西瓜染色體的研究進(jìn)展，并對(duì)今后的研究方向進(jìn)行了展望，以期為西瓜細(xì)胞遺傳學(xué)和染色體工程的研究提供基礎(chǔ)。

1 染色體制片技術(shù)

染色體制片是從事細(xì)胞遺傳學(xué)研究的基礎(chǔ)，在遺傳育種中具有重要作用。高質(zhì)量的染色體制片是核型分析和原位雜交的首要條件[1]。劉丹等[2]通過解析植物染色體制片效果影響因素，發(fā)現(xiàn)預(yù)處理是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能影響制片的優(yōu)劣。薛志強(qiáng)[3]建立了少籽西瓜材料F011染色體最佳制片方案，于5月上中旬晴天上午8：30—8：50，采集1.2～1.8mm的西瓜雄花花蕾置于卡諾固定液固定24～48h后，于60℃水浴中用1mol·L-1鹽酸解離3～5min，之后用改良品紅直接染色壓片進(jìn)行觀察，壓片成功率達(dá)到65%。李桂芬等[4]通過改良四倍體西瓜染色體標(biāo)本制片技術(shù)，提高了染色體中期分裂相的獲得率，且染色體數(shù)目完整、分散狀態(tài)較好、長(zhǎng)短臂和著絲點(diǎn)形態(tài)清晰可見，制片效果良好，制片效率得到有效提高，可用于染色體分析研究，與傳統(tǒng)的方法相比，該方法簡(jiǎn)化了氯化鉀前、后低滲處理和卡諾固定液再固定等3個(gè)步驟。顧衛(wèi)紅[5]研究發(fā)現(xiàn)，“蜜寶”和“瓊露”兩個(gè)品種西瓜的根尖體細(xì)胞24h內(nèi)有4次有絲分裂高峰期，以胚根長(zhǎng)度為1.0～1.5cm時(shí)的根尖細(xì)胞分裂相最多，同時(shí)發(fā)現(xiàn)晴天上午7：30—8：30是西瓜花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂的最適取樣時(shí)間，鐵明礬—蘇木精染色觀察效果最佳，建立了一套比較系統(tǒng)的觀察西瓜有絲分裂與減數(shù)分裂過程中染色體形態(tài)變化的方法。徐道娜等[6]通過對(duì)西瓜染色體壓片技術(shù)的改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)西瓜根尖為1.0～1.5cm時(shí)，染色體制片成功率為92%，飽和對(duì)二氯苯處理3～3.5h，根尖解離時(shí)間8min，以改良品紅染色效果最佳。吳國(guó)江[7]認(rèn)為西瓜細(xì)胞制片預(yù)處理以0.05%～0.1%的秋水仙素，于0～4℃的低溫下處理10～12h為最佳。

2 染色體核型分析

核型能反映一個(gè)物種在其染色體水平的整體特征，核型分析可為細(xì)胞遺傳學(xué)奠定基礎(chǔ)，其基本方法是基于染色體長(zhǎng)度、臂比和核型不對(duì)稱系數(shù)等進(jìn)行[8]，依據(jù)Stebbins[9]核型分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，為物種分類、親緣關(guān)系研究及品種鑒定提供依據(jù)。西瓜染色體很小，染色體制片難度大，做核型分析存在一定難度，因而關(guān)于西瓜染色體制片和核型分析研究較少。

郭德棟等[10]從形態(tài)上鑒定了西瓜全部11條粗線期染色體，建立了粗線期標(biāo)準(zhǔn)核型，并根據(jù)染色體長(zhǎng)度（由長(zhǎng)至短）對(duì)每個(gè)粗線期染色體對(duì)進(jìn)行編號(hào)（1—11號(hào)），結(jié)果表明西瓜粗線期染色體的染色粒呈近中分布類型，異染色區(qū)均定位于著絲點(diǎn)附近，染色體組由2個(gè)亞中著絲點(diǎn)（sm）染色體（1號(hào)與10號(hào)）和9個(gè)中部著絲點(diǎn)（m）染色體（2—9號(hào)、11號(hào)）構(gòu)成，粗線期染色體長(zhǎng)度在25.01～50.02μm變化。此外，西瓜粗線期全部染色體均有明顯的端粒，有利于識(shí)別每條染色體的長(zhǎng)度。

李琦等[11]對(duì)西瓜進(jìn)行核型分析發(fā)現(xiàn)，核型為2n=2x=22=20m+2sm，為1A型，同時(shí)發(fā)現(xiàn)7號(hào)染色體為近中著絲粒染色體，而陳瑞陽(yáng)等[12]認(rèn)為第9號(hào)染色體為近中著絲粒染色體。袁建民等[13]通過對(duì)二倍體及同源四倍體西瓜進(jìn)行核型分析發(fā)現(xiàn)，二倍體小果型西瓜的11對(duì)染色體全部為中部著絲點(diǎn)（m）染色體，核型為2n=2x=22=22m，屬1A型，而四倍體西瓜的11對(duì)染色體也均為中部著絲點(diǎn)（m）染色體，核型為2n=4x=44=44m，也屬1A型，表明該四倍體西瓜為同源四倍體。吳國(guó)江[7]研究發(fā)現(xiàn)，“金夏”西瓜的核型為2n=2x=20m+2sm，染色體長(zhǎng)度在1.98～3.31μm變化，除第二對(duì)染色體為次中部著絲點(diǎn)（sm）染色體外，其余均為中部著絲點(diǎn)染色體。張志忠等[14]采用玻璃針分離法，成功獲得了西瓜的第一染色單體并進(jìn)行擴(kuò)增，構(gòu)建了西瓜第一染色單體DNA文庫(kù)，為進(jìn)一步完善遺傳圖譜的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

3 染色體原位雜交

染色體原位雜交技術(shù)是生命科學(xué)領(lǐng)域的重要組成部分，也是分子細(xì)胞遺傳學(xué)的研究基礎(chǔ)。熒光原位雜交（FISH）技術(shù)和基因組原位雜交（GISH）技術(shù)是應(yīng)用較多、比較成熟的分子細(xì)胞遺傳學(xué)研究手段。FISH技術(shù)可用于染色體的識(shí)別、物種間親緣關(guān)系的研究、準(zhǔn)確鑒定植物染色體、構(gòu)建高效準(zhǔn)確物理圖譜以及外源染色質(zhì)檢測(cè)等。李琦等[11]利用FISH技術(shù)將45S rDNA和5S rDNA定位在西瓜的中期染色體上，研究表明西瓜具有兩對(duì)45S rDNA雜交信號(hào)和一對(duì)5S rDNA雜交信號(hào)，前者位于2號(hào)染色體短臂末端和4號(hào)染色體短臂中部，后者位于7號(hào)染色體短臂近著絲粒處。江姣等[15]應(yīng)用雙色熒光原位雜交技術(shù)，通過對(duì)核糖體45S rDNA和5S rDNA在普通西瓜3個(gè)變種（栽培變種、Egusi變種和Citroides變種）有絲分裂中期染色體上的定位研究，發(fā)現(xiàn)普通西瓜種3個(gè)變種內(nèi)部各基因型間的45S rDNA和5S rDNA分布模式是相同的，栽培變種和Egusi變種均含有2對(duì)45S rDNA位點(diǎn)和一對(duì)5S rDNA位點(diǎn)，而Citroides變種含有一對(duì)45S rDNA位點(diǎn)和兩對(duì)5S rDNA位點(diǎn)，表明栽培變種與Egusi變種之間具有更近的親緣關(guān)系，這與趙泓等[16]利用FISH技術(shù)對(duì)rDNA在22份西瓜染色體上的定位結(jié)果是一致的，在某種程度上支持了現(xiàn)有的西瓜分類。

GISH具有操作簡(jiǎn)易、準(zhǔn)確直觀等特性，能反映重復(fù)序列的信號(hào)分布特征，可用于染色體重復(fù)序列結(jié)構(gòu)分析，構(gòu)建西瓜變種間核型。常珂瑋等[17]利用cGISH技術(shù)對(duì)西瓜與近緣種親緣關(guān)系進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，與西瓜屬中西瓜親緣關(guān)系由近至遠(yuǎn)依次為缺須西瓜與熱迷西瓜、藥西瓜、諾丹西瓜，普通西瓜與缺須西瓜的親緣關(guān)系比其與熱迷西瓜的關(guān)系更近。同時(shí)證實(shí)諾丹西瓜（2n=24）不屬于西瓜屬，與甜瓜之間具有非常近的親緣關(guān)系，但其歸屬問題有待于進(jìn)一步研究。

4 染色體倍性鑒定

西瓜植株染色體倍性鑒定可分為形態(tài)鑒定和細(xì)胞學(xué)鑒定。形態(tài)鑒定可依據(jù)種子大小、種仁飽滿程度、莖粗細(xì)、葉片大小、花色深淺、果實(shí)大小等指標(biāo)進(jìn)行，Sari N等[18]通過調(diào)查2個(gè)品種西瓜二倍體和單倍體植株的田間性狀，發(fā)現(xiàn)二倍體西瓜植株的葉面積、莖長(zhǎng)、莖粗以及雌雄花大小均優(yōu)于單倍體，且單倍體植株的雄花無花粉粒。細(xì)胞學(xué)鑒定可彌補(bǔ)形態(tài)鑒定周期較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，染色體計(jì)數(shù)法是目前最準(zhǔn)確、直接的倍性鑒定方法，但染色體制片對(duì)細(xì)胞學(xué)水平有較高要求。劉文革等[19]采用F-BSG法和去壁低滲法能較好地觀察西瓜染色體。Sari N等[18]研究發(fā)現(xiàn)西瓜葉片保衛(wèi)細(xì)胞葉綠體數(shù)目與植株的倍性表現(xiàn)為正相關(guān)，可以作為快速有效鑒定西瓜植株倍性的方法。王羨雪[20]建立了西瓜染色體倍數(shù)性的簡(jiǎn)易測(cè)定方法，認(rèn)為葉片氣孔葉綠體計(jì)數(shù)鑒定西瓜倍數(shù)性是可行的。西瓜二倍體（2n=2x=22）、三倍體（2n=3x=33）與四倍體（2n=4x=44）的葉片保衛(wèi)細(xì)胞葉綠體的比例與染色體的比例相同，均為1∶1.5∶2。閻志紅等[21]利用胺磺靈、氟樂靈、二甲戊樂靈3種除草劑對(duì)西瓜子葉離體誘導(dǎo)四倍體后，采用FDA（二乙酸熒光素）熒光鑒定法統(tǒng)計(jì)西瓜試管苗葉片下表皮保衛(wèi)細(xì)胞葉綠體個(gè)數(shù)，對(duì)四倍體變異進(jìn)行早期鑒定，其準(zhǔn)確率達(dá)90%以上，該方法成本低、簡(jiǎn)單易行、結(jié)果可靠，是快速有效進(jìn)行西瓜倍性鑒定的一種方法。采用去壁低滲法對(duì)西瓜根尖細(xì)胞染色體數(shù)目進(jìn)行鑒定也可作為倍性鑒定的一種方法。此外，流式細(xì)胞儀[22]可迅速確定西瓜細(xì)胞的倍性進(jìn)而鑒定出植株的倍性，但成本高，不利于廣泛應(yīng)用。

5 問題與展望

近年來，西瓜染色體細(xì)胞遺傳學(xué)研究雖取得一些進(jìn)展，但以下問題有待于進(jìn)一步研究：

（1）高質(zhì)量的染色體制片是原位雜交的前提，西瓜細(xì)胞有細(xì)胞壁包裹且染色體很小，不易獲得優(yōu)良的染色體制片，因此需進(jìn)一步完善染色體制片技術(shù)，為親緣關(guān)系的深入研究提供基礎(chǔ)。

（2）染色體制片過程中預(yù)處理時(shí)間較長(zhǎng)和試劑毒性較大的問題，需進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)處理方案，縮短預(yù)處理時(shí)間，使用低毒試劑。

（3）形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)鑒定法以及染色體計(jì)數(shù)法均達(dá)不到早期快速鑒定染色體倍性目的，而流式細(xì)胞儀價(jià)格昂貴，不利于廣泛應(yīng)用。因此，探索快速、高效、簡(jiǎn)易的早期鑒定群體倍性的方法勢(shì)在必行。

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