一作解读|PJ基于Oligo-FISH新技术体系解决小麦族物种染色体研究的难题
2020年11月19日，植物学重要学术期刊Plant Journal全文发表了电子科技大学生命科学与技术学院信息生物学研究中心杨足君教授研究团队完成的题为“An efficient Oligo-FISH painting system for revealing chromosome rearrangements and polyploidization in Triticeae”的研究论文。文章建立的基于Oligo-FISH painting新技术体系，实现了小麦族物种多倍体化过程中非同源染色体重排的精准鉴定。
小麦族植物是禾本科植物中最重要的一大类群，包括人类主要粮食作物小麦、大麦、黑麦等许多具有优良农艺性状的农作物和牧草等植物物种。小麦族中野生近缘物种是小麦新品种和牧草改良的重要基因库。由于小麦族物种包括20多个属，超过360个种，加之基因组庞大，种属间可杂交性引起的基因组重排和多倍体化现象普遍存在，因此小麦族物种染色体的识别，特别是单条染色体的精准鉴定，一直是小麦族物种生物学、遗传学与小麦染色体工程育种研究的难题之一。
电子科技大学生命科学与技术学院杨足君教授团队，一直致力于小麦染色体工程新技术和新材料研究。小麦族物种主要分化在大麦与小麦祖先种分化的1100万年之内。因此大麦基因组和六倍体小麦基因组的完成，对小麦族物种分子细胞遗传学研究具有推动作用。
我们结合分子细胞遗传学、基因组学和生物信息学等相关学科的最新成果，成功将寡核苷酸库原位杂交涂染(Oligo-FISH painting)技术应用于小麦族物种染色体研究。利用生物信息学方法，从最新的大麦和小麦基因组序列，发掘了7个同源群染色体的单拷贝序列，建立了相应的寡核苷酸库，命名为Synt1-Synt7，它们由10,986到12,496个45bp寡核苷酸组成。利用寡核苷酸库的荧光原位杂交(FISH)发现，大麦”Morex”的1-7个同源群的染色体上产生稳定的信号(图1)，也在六倍体小麦”中国春”的7个同源群产生清晰的信号(图2)，表明探针能够区分7个同源群染色体。
图1. Oligo-FISH探针库Synt1-Synt7用于大麦Morex的第1-7同源群的染色体鉴定
图2. 小麦染色体“中国春”的染色体的Oligo-FISH原位杂交
以Oligo-pSc119.2 Oligo-pTa535的FISH为对照(a)和以Synt3和Synt4为例，鉴定小麦的第3和第4同源群染色体(b-d)
图3. 利用Oligo-FISH技术进行小麦-多年生簇毛麦导入系的染色体易位的鉴定
以Oligo-pSc119.2 Oligo-pTa535的FISH为对照(a, c)
研究结果表明，基于这套完整的Oligo探针库的FISH技术，有助于明确小麦族全部物种的染色体同源群关系，准确鉴定了利用传统分子细胞遗传学方法不能确定同源群归属的染色体，发现了小麦族物种及其多倍体化过程中发生的非同源染色体重排现象。
该研究新开发的Oligo-FISH技术体系对研究未测序基因组的野生小麦族物种的染色体结构、组织和进化研究提供了一种全新的工具。同时为小麦分子染色体工程育种，高效利用外源优异基因资源提供了强有力的染色体和染色体片段鉴定手段。被同行专家评为该技术解决了困扰小麦族生物学家和染色体工程育种家的重要难题，是一项突破性新技术。
电子科技大学生命生命科学与技术学院信息生物学研究中心李光蓉副教授第一作者，杨足君教授为通讯作者。扬州大学农学院张韬教授为共同第一作者，四川省农业科学院作物科学研究所杨恩年研究员和实验室的余智慧、王宏晋博士生参与了部分工作，该研究得到科技部重点研发计划（2016YFD0102000）和国家自然科学基金的资助。特别感谢美国密歇根州立大学Jiming Jiang教授的悉心指导。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15081