近日，石河子大學生命科學學院李鴻彬/孟狀研究團隊在甘草染色體進化研究中取得重要進展，研究成果以“Whole chromosome oligo-painting in licorice unveil interspecific chromosomal evolutionary relationships and possible origin of triploid genome species”（全基因組塗染揭示甘草屬種間染色體進化關係和三倍體物種形成與起源）為題，發表在植物學國際權威期刊《The Plant Journal》（中科院1區TOP期刊，五年影響因子7.1），據悉本研究是The Plant Journal建刊以來刊發的首篇中草藥甘草染色體進化生物學研究領域文章，對甘草屬植物起源演化和物種形成具有重要意義。
甘草是世界上最常用的中草藥之一，因其能“解百毒、調百藥”故有“國老”、“十方九草”的稱號。我國有關甘草的記載最早可追溯到公元前200年，甘草具有抗炎、抗病毒、抗菌、抗腫瘤等眾多藥用價值，因其本身帶有甜味，在工業領域也具有廣泛應用。甘草屬遺傳多樣性豐富、組成十分複雜，關於甘草屬種間染色體的特徵、進化差異及物種形成仍缺乏瞭解。染色體核型是物種染色體組成和進化研究的重要工具之一，比較核型分析依賴於單個染色體鑑定，但由於甘草染色體小，相似度高，使得傳統細胞學方法難以區分單條染色體，嚴重阻礙了甘草屬種間染色體進化關係和物種起源演化研究。
圖1 甘草染色體特異塗染細胞學標記開發
石河子大學生命科學學院李鴻彬、孟狀研究團隊透過生物資訊學進行基因組定向設計，並結合寡核苷酸熒光原位雜交技術成功開發了首套可以在一個細胞中區分識別甘草所有染色體的特異性細胞學標記（圖1）；利用該染色體識別體系歷時兩年多時間解析了甘草屬七個種（烏拉爾甘草、脹果甘草、光果甘草、無腺毛甘草、黃甘草、蜜腺甘草和平臥甘草）的染色體核型特徵和進化差異，證實了甘草屬七個種在3-12百萬年的獨立分化過程中始終保持著極其保守的染色體共線性特徵，表明了甘草屬植物保守的物種進化模式；揭示了甘草屬種間的染色體親緣進化關係和獨立分化後的染色體核型變異特徵，並證實了平臥甘草是7種甘草中最接近祖先的甘草型別（圖2）。
圖2 甘草屬種間染色體進化差異解析
研究還首次發現了天然三倍體甘草，並揭示了三倍體甘草物種的起源和形成（圖3）。該發現證實了自然界中甘草屬物種不光是二倍體，同時還存在多倍體平行演化途徑，這一發現更新了我們對甘草屬植物物種形成和起源演化的原有認知，同時為甘草的多倍體育種研究提供了可行性方案，將極大地有助於新疆甘草資源的高效利用與優異種質培育，為甘草產業發展提供有力支撐。
圖3 三倍體甘草染色體特徵鑑定及起源進化分析
石河子大學生命科學學院孟狀副教授為論文第一作者兼通訊作者，生命科學學院碩士生鄭仟為論文共同第一作者，李鴻彬教授為論文的通訊作者。該工作得到了新疆維吾爾自治區“天池英才”青年博士人才專案、兵團科技計劃專案、國家自然科學基金專案、石河子大學科技專案等的資助。
來源：石河子大學
