作者：何子燦1 蔡起貴2 錢迎倩2 黃宏文1 侯云甫
首次報(bào)道在光鏡下觀察美味獼猴桃(品種:No.26原生質(zhì)體植株的母株)花粉母細(xì)胞(PMC)染色體在減數(shù)分裂前期的配對,發(fā)現(xiàn)其配對和凝縮有明顯不同步性。不同細(xì)胞間染色體配對形式變化較大,一般以二價(jià)聯(lián)會(huì)為主,其次由其它多種配對方式(包括有復(fù)合配對、重復(fù)配對、著絲點(diǎn)或端粒處聯(lián)合和多價(jià)聯(lián)會(huì))形成多價(jià)體,還有少數(shù)未配對或發(fā)生內(nèi)配對(偶見)的單價(jià)體和幾條二價(jià)體之間的次級配對。粗線期觀察到少數(shù)染色體有缺失(或重復(fù))、倒位、易位和疏松配對等結(jié)構(gòu)性改變。表明該植株是一個(gè)復(fù)雜的區(qū)段異源六位體,少數(shù)染色體在結(jié)構(gòu)上累積有變異。還認(rèn)為該植株是研究減數(shù)分裂染色體配對和聯(lián)會(huì)機(jī)制的好材料。
▲中科院湖北武漢植物園國家獼猴桃種質(zhì)量資源圃
多倍體物種的細(xì)胞學(xué)行為和遺傳規(guī)律通常與二倍體不同“,”,然而某些異源多倍體由于各個(gè)染色體組之間是非同源的。減數(shù)分裂染色體配對如同二倍體物種只形成二價(jià)體,被稱為二倍化的異源多倍體,如棉花、普通小麥”。為了深入了解小麥二倍化的遺傳行為,莫兵曾通過對其聯(lián)會(huì)復(fù)合體的觀察,詳細(xì)地研究了小麥染色體在減數(shù)分裂前期的配對全過程"。現(xiàn)有資料認(rèn)為美味獼猴桃也是一種二倍化的異源六倍體56)。它的祖先情況不詳,染色體多且小,2n=6x= 174,用一般的制片方法很難觀察前期染色體的配對情況,它的二倍化細(xì)胞學(xué)證據(jù)僅見于減數(shù)分裂中期1(M1)構(gòu)型。如MNeLage曾報(bào)道除偶見1~2個(gè)四價(jià)體外,均為二價(jià)體。
筆者在對原生質(zhì)體再生植株及其母株的小孢子發(fā)育過程的研究中曾報(bào)道該母株花粉母細(xì)胞第一次減數(shù)分裂終變期的染色體凝縮不同步,配對紊亂,構(gòu)型復(fù)雜;對后期1(At)和后期2(A2)染色體異常行為觀察結(jié)果與前人報(bào)道也有不同”,認(rèn)為有進(jìn)一步深入探討的必要,無論是對該植株體細(xì)胞無性系變異規(guī)律的研究”,還是對促進(jìn)該物種細(xì)胞遺傳學(xué)的研究都具有重要意義。本研究采用經(jīng)改進(jìn)的去壁低滲制片法,首次對其染色體在減數(shù)分裂前期配對行為的詳細(xì)表現(xiàn)進(jìn)行了直接觀察,對染色體組的同源和異源關(guān)系提出了新的意見,還對少數(shù)染色體的結(jié)構(gòu)變異提供了更精確的細(xì)胞學(xué)證據(jù)。
▲中科院湖北武漢植物園國家獼猴桃種質(zhì)量資源圃
1 材料和方法
材料同前”,為原生質(zhì)體植株的母株(A.deliciosa 品種:No.26),由中國科學(xué)院植物研究所安和祥教授提供。
當(dāng)PMC處于減數(shù)分裂前期時(shí)取花藥,固定于 Famer 氏溶液 24h后,轉(zhuǎn)入70%乙醇溶液,置于 6℃冰箱待檢。采用改進(jìn)的去壁低滲法制片,Giem sa染色,O lympusBH光鏡觀察、攝影。2 結(jié)果
21 偶線期染色體配對
呈單一細(xì)線狀的同源染色體在偶線期開始配對,配對部分染色體發(fā)生收縮,染色較深,因染色體太多,造成細(xì)線狀染色體因密集而不易區(qū)分,僅能見部分二價(jià)體配對是從一端開始,另一端呈兩股細(xì)線:有的配對則在染色體全長若干位點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行(圖版I1);還存在多個(gè)染色體之間交替交叉的復(fù)合配對。在已配對部分,可辨明為兩兩相配,遵循配對同源性原則,未能配對的染色體仍呈單一未收縮細(xì)線,色淺,表現(xiàn)出染色體凝縮和配對不同步。22 粗線期染色體的配對
此期已聯(lián)會(huì)染色體明顯變粗變短,染色加深,但還有染色體繼續(xù)凝縮和配對不同步。在早粗線期,配對染色體仍較長,與還未配對的細(xì)線狀染色體相互纏繞,偏于細(xì)胞核一側(cè),呈花束狀(圖版I2);中粗線期凝縮程度較低的染色體(多為多價(jià)體)繼續(xù)與少數(shù)未凝縮的單價(jià)體纏繞,集中于染色體圖象中間,不易分辨,一些凝縮程度高的二價(jià)體多位于圖象邊沿,易分辨(圖版I3),還可見一些單價(jià)體向二價(jià)體靠攏進(jìn)行配對。到晚粗線期在n= 87個(gè)成員中,能分辨出約80多個(gè)成員完成配對(圖版14)。
粗線期染色體大多緊密聯(lián)會(huì),除棒狀二價(jià)聯(lián)會(huì)外,還能觀察到“X”形六價(jià)聯(lián)會(huì),“+”形四價(jià)聯(lián)會(huì),“丫”形三價(jià)聯(lián)會(huì);這些多價(jià)體在終變期和M1期可呈環(huán)狀或鏈狀,如圖版I6所示,有環(huán)狀六價(jià)體、環(huán)狀三價(jià)體和鏈狀四價(jià)體,此外還有異形二價(jià)體之間的次級配對。需指出三價(jià)體在該植株P(guān)MC中經(jīng)常出現(xiàn)，曾經(jīng)在1個(gè)PMC中觀察到5個(gè)三價(jià)體(圖版17)。
此期最值一提的是在少數(shù)已聯(lián)會(huì)的二價(jià)體上觀察到以下幾種自發(fā)的染色體結(jié)構(gòu)畸變。①缺失或重復(fù)(以后討論):有中間缺失(圖版H9,17a)和末端缺失(圖版Ⅱ8)。②倒位和易位:有中間倒位、末端倒位(圖版I5)、易位二價(jià)體與易位四價(jià)體。易位二價(jià)體在易位區(qū)不能聯(lián)會(huì)(圖版H10),易位四價(jià)體在雙線期呈∞形,易于辨認(rèn)(圖版Ⅱ11)。③疏松配對:疏松配對區(qū)可位于染色體一整條臂上(圖版H10細(xì)箭頭)，也可在臂內(nèi)部分區(qū)域(圖版H9細(xì)箭頭)。后一個(gè)圖象還顯示了該二價(jià)體在疏松配對部位染色粒的分布有不對稱性,反映了一定的染色體結(jié)構(gòu)變異。
同時(shí),該期PMC間配對形式雖無一固定模式,但每一個(gè)細(xì)胞圖象都有多種的配對方式,說明染色體聯(lián)會(huì)是同源染色體之間的隨機(jī)行為,多倍化增加了它的復(fù)雜性。23 雙線期配對觀察
雙細(xì)期染色體凝縮更短,已配對染色體開始分離,但于交換處交叉,是研究多價(jià)體復(fù)雜配對的最佳時(shí)期。能觀察到由1至幾條二價(jià)體再各與1條單價(jià)體靠近,重復(fù)配對形成三價(jià)體,新配上的單價(jià)體明顯比二價(jià)體的長(圖版H12)。由端粒或著絲粒聯(lián)合形成的四價(jià)體,可見于非核仁染色體(圖版I5)和核仁染色體(圖版H13)。在后一個(gè)圖象中還能初步判斷出2個(gè)同源六價(jià)體,1個(gè)為“X”型,另1個(gè)是由1個(gè)核仁四價(jià)體與1個(gè)核仁二價(jià)體組成的6個(gè)核仁的染色體。此期有時(shí)還見到未聯(lián)會(huì)或環(huán)狀的單價(jià)體,后者顯然來源于一等臂染色體的內(nèi)配對(圖版Ⅱ14)。圖版H15,16則顯示了多個(gè)同源或部分同源染色體在不同同源點(diǎn)上相交、相連地牽連成1個(gè)復(fù)合體情況多處發(fā)生。1個(gè)同源5價(jià)體的配對(圖版H18)更進(jìn)一步表現(xiàn)出它們的聯(lián)會(huì),遵循同源性原則和每1個(gè)交叉點(diǎn)具有兩兩相配的特征。晚雙線期(圖版H17)可見到“x”形6價(jià)體(圖版Ⅱ17b)和“+”形四價(jià)體,而其它多價(jià)體的配對形式已不易辨認(rèn)。該圖象中可見1個(gè)二價(jià)體上大的自身折疊(圖版H17a),可能源于缺失、重復(fù)或外源片斷的插入?？傊似趫D象因配對情況復(fù)雜,凝縮并不同步,對相互重迭和纏繞的染色體配對情況仍不易判斷。
3 討論
本研究結(jié)果顯示美味獼猴桃品種:No26 的 PMC染色體配對始于偶線期,染色體的配對和凝縮不同步。除發(fā)生二價(jià)聯(lián)會(huì)外,還有其它多種配對形式(如重復(fù)、復(fù)合、端粒或著絲粒聯(lián)合、多價(jià)聯(lián)會(huì)等)形成多價(jià)體(有六價(jià)體、五價(jià)體、四價(jià)體、三價(jià)體)。這些多價(jià)體的形成源于同源染色體配對還是同祖染色體配對呢? 莫兵”通過對小麥聯(lián)會(huì)復(fù)合體的發(fā)育過程觀察,認(rèn)為小麥(二倍化異源六位體物種)偶線期的確有同祖染色體配對形成的多價(jià)體,但在粗線期被消除,只見到二價(jià)體;而且在偶線期,同祖多價(jià)體的出現(xiàn)頻率也遠(yuǎn)低于同源配對形成的二價(jià)體。這些情況顯然與我們在本實(shí)驗(yàn)觀察到的結(jié)果有所不同。后者在雙線期時(shí)染色體復(fù)合配對普遍存在,其它形成多價(jià)體的配對形式也常見,直到終變期和M:仍有各種類型多價(jià)體存在。再結(jié)合所觀察到的同源六價(jià)體和同源五價(jià)體情況,有理由認(rèn)為美味獼猴桃品種:No26的基本染色體組29個(gè)染色體成員中,至少有2個(gè)或更多一點(diǎn)的成員具有同源群,每個(gè)同源群的6個(gè)染色體同源,且可形成多種形式的同源多價(jià)體。因?yàn)閺睦碚撋贤茰y,6個(gè)同源染色體在配對過程中,由于它們所處的位置不同和任何同源區(qū)段只能有2條染色體的聯(lián)會(huì)等原因,有可能出現(xiàn):1V或3Ⅱ或2Ш或1IV+1Ⅱ,或1H 11I或1V+1I等等情況。綜上所述,認(rèn)為該植物并非像前人所描述的那種二倍化異源六倍體。當(dāng)然我們也認(rèn)為可能有同祖染色體存在,如異形二價(jià)體之間的次級聯(lián)會(huì)是因其之間有“殘余吸引”“”),同時(shí)在第1次減數(shù)分裂前期時(shí)的染色體復(fù)合配對多處發(fā)生,均反映了部分同質(zhì)染色體的同源性也可能就是有同祖性,需進(jìn)一步確證。
然而一直持續(xù)到終變期的染色體配對和凝縮不同步,配對紊亂,以二價(jià)聯(lián)會(huì)為主,有未能配對的單價(jià)體等現(xiàn)象,可能源于種間染色體結(jié)構(gòu)差異所致。為此,筆者又認(rèn)為美味獼猴桃還具有種間雜種的細(xì)胞學(xué)特征。Crowhurst"采用RFLP技術(shù)后認(rèn)為至少有2個(gè)物種與它的形成有關(guān)。雜交和異源多倍體的形成是物種形成的一個(gè)重要途徑“”,異源多倍體物種的細(xì)胞學(xué)行為取決于它的幾個(gè)原始物種之間的系統(tǒng)和分類關(guān)系。美味獼猴桃原始祖先雖不知,但它的細(xì)胞學(xué)行為顯然暗示其原始祖先們的染色體組之間，具有一定的同源性程度。根據(jù)Stebbins""對多倍體類型的劃分,它應(yīng)屬于復(fù)雜的區(qū)段異源多倍體;該染色體組中只有某些成員與其它染色體組成員同源,而其它成員不同源或部分同源(同祖)。并推測該物種在形成過程中,可能有染色體結(jié)構(gòu)的畸變,其中穩(wěn)定下來的變異具有重要的進(jìn)化意義。對它在M，時(shí)所反映的多價(jià)體不及前期多的現(xiàn)象,筆者認(rèn)為是由于其染色體太小,配對時(shí)交叉少,再隨著交叉端化的分離進(jìn)程,這些多價(jià)體被提早消除,或是由于“聯(lián)會(huì)消失”的緣故;當(dāng)然還有一部分是同祖染色體的配對消失造成。因而,以M1的構(gòu)型研究這種小染色體的配對情況有一定的局限性和不確切性。
環(huán)狀三價(jià)體和環(huán)狀單價(jià)體的存在表明有完全的等臂染色體,其來源有深究價(jià)值。
本研究還表明,雙線期能很好進(jìn)行配對情況的觀察,粗線期能研究染色體上累積的結(jié)構(gòu)性變異。有些變異具有遺傳上的不穩(wěn)定性,也為A1和A2時(shí)期出現(xiàn)高頻率的染色體異常行為所證實(shí)”。
被試材料的復(fù)雜和豐富的配對形式是研究減數(shù)分裂染色體配對和聯(lián)會(huì)機(jī)制的好材料。但染色體的配對、聯(lián)會(huì)和分離是一個(gè)多步驟的復(fù)雜過程,受著復(fù)雜的多種因素影響。本研究雖觀察到一些現(xiàn)象，但還需采用更多的方法來促進(jìn)該項(xiàng)研究向更深層次發(fā)展。
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