沈姣　王凱　張文盼　董廣蕊　石巖　張積森

摘 要 甘蔗是非整倍性異源多倍體作物，遺傳背景高度復(fù)雜，其細(xì)胞生物學(xué)研究難度大。近年分子標(biāo)記技術(shù)以及原位雜交技術(shù)等快速發(fā)展使甘蔗細(xì)胞學(xué)研究也取得明顯進(jìn)展。本文主要圍繞甘蔗核型、染色體行為、原位雜交技術(shù)在甘蔗上的應(yīng)用展開(kāi)綜述，以期為高倍體植物細(xì)胞學(xué)研究提供參考。

關(guān)鍵詞 甘蔗；多倍體；染色體；原位雜交技術(shù)

中圖分類號(hào) TQ352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Abstract Sugarcane is an euploid allopolyploidy with complex genetic background， its cytological study was thus considered to be challenging. In these years，significant progresses for the cytology of sugarcane have been made based on the rapid development of molecular marker technology and in situ hybridization. Here， to provide the reference for cytological study in high polyploidy plant， we reviewed the germplasm resources， karyotype， chromosome behavior， and in situ hybridization technique for sugarcane.

Key words Sugarcane； Olyploidy； Chromosome； In situ hybridization

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.07.030

甘蔗（Saccharum officinarum）屬是禾本科甘蔗亞族中10個(gè)屬之一，與蔗茅屬（Erianthus）、芒屬（Miscanthus）、河八王屬（Narenga）組成“甘蔗屬?gòu)?fù)合體（Saccharum Complex）”。甘蔗屬主要包括6個(gè)成員，熱帶種（S. officinarum L.）、中國(guó)種（S. sinense Roxb.）、印度種（S. bareri Jesw.）、割手密（S. spontaneum L.）、大莖野生種（S. robustum Brandes and Jeswiet ex Grassll）和食穗種（S. edule Hassk）[1]，前三者為栽培種，其余為野生種。

甘蔗是一種以非整倍性和多倍性而著稱的多年生熱帶亞熱帶作物，作為一種C4植物，甘蔗能高效將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，是工業(yè)生產(chǎn)上較高的能源作物之一。因此，對(duì)甘蔗開(kāi)展進(jìn)一步研究具有重要意義。但是甘蔗染色體數(shù)目多，形態(tài)相似，壓片技術(shù)難以把握、遺傳背景復(fù)雜等困難給研究工作帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，一直以來(lái)取得的科研成果難以給后來(lái)研究者提供可靠的依據(jù)，因此，甘蔗細(xì)胞學(xué)的研究特別是分子水平的研究難以取得突破性的進(jìn)展。本文綜述了近幾十年來(lái)甘蔗核型、染色體行為、原位雜交技術(shù)在甘蔗上應(yīng)用的研究近況，期望為甘蔗分子生物學(xué)研究乃至多倍體作物細(xì)胞生物學(xué)研究工作提供理論參與。

1 甘蔗染色體核型

1.1 核型概況

栽培種甘蔗是異源雜合非整倍體作物，染色體數(shù)目較多（一般2n>100），形態(tài)小、相似性較高，因此，對(duì)精確分析甘蔗核型的工作帶來(lái)了挑戰(zhàn)，隨著過(guò)去20 a許多科研工作者對(duì)甘蔗研究的不斷努力，在甘蔗染色體形態(tài)、大小、數(shù)目、基因結(jié)構(gòu)、進(jìn)化等諸多方面有了初步了解。甘蔗染色體大小為1～6 μm左右，屬于禾本科植物中較小的染色體，且不同染色體的大小非常接近，不易辨認(rèn)[2-3]。甘蔗染色體大多數(shù)為中部著絲點(diǎn)（m）染色體，少部分為近中部著絲點(diǎn)（sm）染色體，核型大部分為2B型，甘蔗近緣種斑茅為1A型染色體[4]，根據(jù)Stebbins[5]植物染色體核型按對(duì)稱性程度高低分類（1A、2A、3A、4A；1B、2B、3B、4B；1C、2C、3C、4C）標(biāo)準(zhǔn)，甘蔗屬以及近緣屬染色體都屬于較原始的核型。上述研究結(jié)果還表明了隨著祖親代野生種向高世代雜交栽培種的演化，表現(xiàn)出一致的特征：隨著雜交次數(shù)及祖親血緣的不斷增加，染色體數(shù)目將按一定的方式增加，中部著絲點(diǎn)染色體所占比例逐漸減少，核型從對(duì)稱向不對(duì)稱方向演化，基本符合物種進(jìn)化趨勢(shì)。

1.2 異染色質(zhì)與物種進(jìn)化研究

甘蔗屬的染色體異染色質(zhì)程度高低不同。對(duì)甘蔗3個(gè)品種Giemsa-C帶分析表明：割手密野生種和熱帶種異染色質(zhì)程度較低，中國(guó)種異染色質(zhì)含量高[6]。據(jù)有關(guān)報(bào)道[7]高等生物異染色質(zhì)含量多少與物種進(jìn)化程度高低有關(guān)，所以中國(guó)種應(yīng)該是進(jìn)化程度較高的物種，割手密是進(jìn)化上較為原始的物種。同時(shí)莊偉建對(duì)甘蔗4個(gè)種十多份材料進(jìn)行了染色體形態(tài)學(xué)研究，其中割手密和熱帶種的染色體較對(duì)稱，而中國(guó)種和印度種的染色體較不對(duì)稱[6]，即印度種和中國(guó)種進(jìn)化程度較高。盡管沒(méi)有直接的證據(jù)，大家一般認(rèn)為食穗種是熱帶種或大莖野生種與近緣屬種雜交而來(lái)，加上一直以來(lái)都假定大莖野生種是熱帶種的祖先，以及大莖野生種可能由割手密種和蔗茅屬、硬穗茅屬和芒屬發(fā)生基因滲透進(jìn)化而來(lái)[8]，Waldrona和Glaszioud[9]的酯酶同工酶分析支持割手密作為甘蔗進(jìn)化起點(diǎn)，以上論點(diǎn)可作為推測(cè)甘蔗屬中6大種進(jìn)化程度關(guān)系的依據(jù)。

1.3 染色體數(shù)目探索

染色體是遺傳物質(zhì)的主要載體，染色體數(shù)目的變化與表現(xiàn)型的變異關(guān)系密切。觀察作物的染色體已成為作物育種和細(xì)胞遺傳的重要研究手段。甘蔗染色體數(shù)目多，并且品種之間染色體數(shù)目變化幅度大，即使同一品種在不同組織或不同生育期，觀察到的染色體數(shù)目也不盡相同[10]。下面將具體介紹甘蔗不同種屬的染色體數(shù)目情況：

熱帶種（S. officinarum L.），較早開(kāi)始甘蔗研究工作的Bremer博士和Sreenivasan博士確認(rèn)了熱帶種的染色體數(shù)目為2n=80，當(dāng)初也發(fā)現(xiàn)了染色體數(shù)目不是2n=80的無(wú)性系，他們認(rèn)為此類無(wú)性系可能是雜種。隨著分子細(xì)胞學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這一推測(cè)逐漸被證實(shí)[11-12]。

割手密（S. spontaneum L. SES），染色體數(shù)目分布廣泛，倍性水平多（2n=40～128，五倍體、六倍體、八倍體、九倍體、十倍體等），同時(shí)也是甘蔗屬中擁有最少染色體數(shù)的種（2n=40）。據(jù)我國(guó)甘蔗研究人員[13-15]的考察和鑒定，割手密的染色體數(shù)目，具有2n為40、48、56、60、64、72、80、96、l04、l08、128等多種不同類型。2n=64、80和96 3種細(xì)胞類型出現(xiàn)的頻率較高。來(lái)自云南、四川、福建、廣東、貴州、江西6個(gè)省份的106份甘蔗野生種割手密無(wú)性系染色體數(shù)目的變化，預(yù)示由南向北，隨著緯度的增高、海撥的變化，割手密的染色體數(shù)目在增加，染色體類型在擴(kuò)大[15]。造成如此多種類型的原因可能是由于割手密無(wú)性系不同類型間的花期常相互連接，雜交機(jī)會(huì)多，產(chǎn)生多種類型的天然雜種。

大莖野生種（S. robustum Brandes and Jeswiet ex Grassll）的染色體數(shù)目為2n=60、80[16]，染色體數(shù)目通常不變。印度種和中國(guó)種的染色體數(shù)目卻不固定，印度種的染色體數(shù)變動(dòng)在82～124之間，而且這種變動(dòng)似乎與其地理分布有一定聯(lián)系；中國(guó)種的染色體數(shù)則變動(dòng)在115～123之間。更為詳細(xì)的細(xì)胞學(xué)研究還顯示，印度種和中國(guó)種不僅不同無(wú)性系染色體數(shù)目不同，甚至同一無(wú)性系內(nèi)細(xì)胞與細(xì)胞之間的染色體數(shù)目也都是變化的，減數(shù)分裂時(shí)染色體數(shù)目的變異則更大。

據(jù)報(bào)道，蔗茅屬（Erianthus）各個(gè)種的染色體數(shù)目有2n=20、22、24、30、40、60，其中斑茅的染色體數(shù)可以為2n=20，40，60[13]。芒屬（Miscanthus Anderess）其各個(gè)種的染色體數(shù)在2n=38～141之間，硬穗屬（Sclerostachy A. Camus）染色體數(shù)為2n=30或34，河八王屬（Narenga Bor.）染色體數(shù)為2n=30。

甘蔗以莖進(jìn)行無(wú)性繁殖過(guò)程中，體細(xì)胞染色體數(shù)目的變化會(huì)發(fā)生累積。當(dāng)染色體數(shù)目增減變化累積到一定程度時(shí)，必然會(huì)引起遺傳結(jié)構(gòu)及其所決定的重要農(nóng)藝性狀的變異，這可能是甘蔗品種在生產(chǎn)上應(yīng)用無(wú)性繁殖技術(shù)一段時(shí)間后，農(nóng)藝性狀變差（品種退化）的細(xì)胞遺傳學(xué)原因之一[17]。因此，在甘蔗育種和生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)，選擇細(xì)胞周期相對(duì)一致的雜交親本對(duì)培育和保持新品種的優(yōu)良特性至關(guān)重要。

1.4 染色體基數(shù)的確定

對(duì)于多倍體物種而言，染色體基數(shù)是指單一染色體組內(nèi)所含有的染色體數(shù)目，以x表示。對(duì)于甘蔗屬基本染色體數(shù)目的確定經(jīng)歷了很長(zhǎng)一段時(shí)間的推導(dǎo)，1991年以前，大家公認(rèn)為甘蔗屬和須芒草屬一樣，基本染色體數(shù)為10[18]，隨著最小染色體數(shù)2n=40的割手密種的發(fā)現(xiàn)，打破了基本染色體只有10的這一觀點(diǎn)。目前有研究人員認(rèn)為甘蔗屬基本染色體數(shù)應(yīng)該為x=5，8，10[19]，也有人認(rèn)為是x=10，12[20]，Bremer[21]則指出甘蔗屬有3個(gè)基本染色體數(shù)目x=6，8，10。因此，甘蔗屬不同群體的多倍性系列以及基因組的平行進(jìn)化2個(gè)因素導(dǎo)致了基本染色體數(shù)的不同[3]。隨著原位雜交技術(shù)的出現(xiàn)，利用45S rDNA基因和5S rDNA基因作為確定甘蔗染色體基數(shù)的工具，驗(yàn)證了割手密染色體基數(shù)為8[22]，大莖野生種、熱帶種和蔗茅屬的染色體基數(shù)為10[23-24]，芒屬單倍體染色體數(shù)為19。

2 甘蔗染色體的遺傳行為

2.1 減數(shù)分裂中的染色體配對(duì)

減數(shù)分裂過(guò)程中的染色體配對(duì)是細(xì)胞生物學(xué)的一項(xiàng)重要特征，因?yàn)槿旧w的配對(duì)行為是染色體間同源關(guān)系和進(jìn)化歷程的體現(xiàn)。盡管甘蔗的高倍性水平，但主要還是以二價(jià)體配對(duì)為主，單價(jià)體三價(jià)體出現(xiàn)較少[25]。這就與認(rèn)為甘蔗是一種異源多倍體的傳統(tǒng)觀念是相違背的，因?yàn)楫愒炊啾扼w是嚴(yán)格的二價(jià)染色體配對(duì)，當(dāng)然也不是嚴(yán)格的同源多倍體配對(duì)模式，而是一種協(xié)調(diào)的多倍體配對(duì)模型，即既有異源多倍體染色體配對(duì)行為又有同源染色體配對(duì)行為，這種協(xié)調(diào)模型廣泛存在多倍體物種中[26]。通過(guò)對(duì)連鎖圖上分子標(biāo)記在分斥相分離情況的剖析，能夠清楚地鑒定減數(shù)分裂時(shí)染色體的配對(duì)行為。在對(duì)SES 208[27]和SES 147B[28]這2種割手密進(jìn)行連鎖群構(gòu)建時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)分斥相，即每條染色體可以自由和另外7條同源染色體配對(duì)。熱帶種8個(gè)連鎖群和大莖野生種的7個(gè)連鎖群則表現(xiàn)出偏好配對(duì)[29]。目前為止，在甘蔗減數(shù)分裂過(guò)程中占主導(dǎo)方向的仍是偏好配對(duì)[30]，且時(shí)常會(huì)表現(xiàn)出不同的配對(duì)親和力[26]。

2.2 減數(shù)分裂行為解釋2n配子的形成

正常減數(shù)分裂產(chǎn)生的是單倍體配子（n），減二后期會(huì)觀察到四分體，不正常減數(shù)分裂則會(huì)形成二倍體配子（2n），在顯微鏡下看到的則是二分體或者三分體。無(wú)論是雜交種還是純種都會(huì)產(chǎn)生二分體和三分體，但是這2種形式在雜交種中出現(xiàn)的頻率要明顯高于純種；純種品系中，熱帶種相對(duì)于割手密會(huì)更容易產(chǎn)生2n配子。從分子水平上來(lái)分析，是由于在雜交種中，調(diào)節(jié)染色體聯(lián)會(huì)和分離的基因更容易丟失[25]，在細(xì)胞學(xué)上表現(xiàn)為染色體缺失、片段化和丟失等[31-32]。這些調(diào)控基因一旦丟失，基因組內(nèi)的遺傳調(diào)節(jié)因子就會(huì)混亂互作，從而導(dǎo)致非整倍體以及2n配子的產(chǎn)生。遺傳調(diào)節(jié)因子混亂互作致使減數(shù)分裂行為不正常，包括后期橋的形成，染色體分裂滯后，分裂不同步，胞質(zhì)不分離等，主要機(jī)制有4種：第一次分裂后復(fù)原（First division restitution，F(xiàn)DR）；第二次減數(shù)分裂后復(fù)原（Second division restitution，SDR）；大孢子四分體融合（Megaspore tetrad cell fusion，MTCF）和減數(shù)分裂后復(fù)原（Post-meiotic restitution，PMR）。在其他植物中，前2種機(jī)制占主導(dǎo)地位[33]。而在甘蔗中，大孢子分裂過(guò)程是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，因此，在甘蔗中就不可能用FDR也不能用紡錘絲未形成去解釋2n的形成[25]，Bremer等[34]在種植甘蔗時(shí)發(fā)現(xiàn)，雖然有少數(shù)SDR的例子，但是常見(jiàn)的卻是PMR機(jī)制。用一系列分子標(biāo)記技術(shù)去追蹤減數(shù)分裂過(guò)程時(shí)，認(rèn)為SDR/MTCF更能解釋2n配子產(chǎn)生現(xiàn)象[35]。然而，對(duì)甘蔗2n配子形成機(jī)制的了解還處在初步探索階段，沒(méi)有統(tǒng)一定論。

3 原位雜交技術(shù)及其在甘蔗上的應(yīng)用

原位雜交（in situ hybirdization）技術(shù)是一種把核酸分子雜交技術(shù)與組織學(xué)定位相結(jié)合的DNA分子標(biāo)記技術(shù)，具有特異性強(qiáng)、靈敏度高、定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)[36]。該項(xiàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于動(dòng)物基因組重復(fù)序列、單拷貝或多拷貝基因家族的染色體定位、雜種親本染色體的鑒定、染色體的結(jié)構(gòu)分析、外源染色質(zhì)檢測(cè)、物種進(jìn)化及親緣關(guān)系與染色體物理圖譜構(gòu)建等的研究。但在植物染色體上的應(yīng)用受到植物細(xì)胞壁的屏蔽作用、細(xì)胞質(zhì)的覆蓋影響，使得植物熒光原位雜交技術(shù)的染色體制片環(huán)節(jié)相當(dāng)困難。尤其是數(shù)目多又變化較大的甘蔗染色體，使得原位雜交技術(shù)在甘蔗上的應(yīng)用起步較晚。

3.1 原位雜交技術(shù)在甘蔗上的應(yīng)用

3.1.1 基因定位研究 甘蔗染色體基因定位具有顯著成效的工具當(dāng)屬rDNA，主要是45S rDNA基因和5S rDNA基因。用45S rDNA基因標(biāo)記為探針?lè)謩e與熱帶種、大莖野生種和割手密染色體進(jìn)行原位雜交，結(jié)果探針被定位于熱帶種和大莖野生種染色體末端、割手密染色體次縊痕處，而5S rDNA基因在各物種中的位置與45S rDNA基因定位情況完全不同，熒光原位雜交技術(shù)檢測(cè)出5S rDNA信號(hào)位于熱帶種和大莖野生種染色體縊痕處、割手密的染色體間質(zhì)區(qū)[2-3]（圖1）。5S rDNA在2n=96的Mandalay和2n=112的Glagah 2個(gè)割手密種上可檢測(cè)出12和14個(gè)信號(hào)點(diǎn)，然而，在進(jìn)行45S rDNA定位時(shí)卻只出現(xiàn)10和12個(gè)信號(hào)位點(diǎn)，且其中5個(gè)信號(hào)很微弱，幾乎難以檢測(cè)到。信號(hào)強(qiáng)弱反映了45S rDNA在各個(gè)染色體上拷貝數(shù)的不同[2]。45S rDNA位點(diǎn)缺失這一推理近年來(lái)在其他多倍體物種上得到了驗(yàn)證[37-38]。Arrighi[39]甚至還提出在多倍體進(jìn)化過(guò)程中物種通過(guò)染色體畸變的方式，主要是基因的缺失，去維持恒定的45S rDNA位點(diǎn)數(shù)目，從而導(dǎo)致位點(diǎn)數(shù)與倍性水平不一致，相反5S rDNA位點(diǎn)卻與倍性水平具有明顯的相關(guān)性，且5S rDNA在染色體上分布模式不一，在不同染色體上的拷貝數(shù)也存在較大的差異。

3.1.2 基因組結(jié)構(gòu)的分析 現(xiàn)代栽培甘蔗是熱帶種（S. officinarum L.）與割手密（S. spontaneum L.）雜交后，還經(jīng)過(guò)了少于八代的雜交[35]，從而使其基因組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，甘蔗基因組比其他任何多倍體都要復(fù)雜。以前，大家都認(rèn)為2個(gè)親本之間沒(méi)有染色體重組[40-41]。GISH技術(shù)清晰證明了現(xiàn)代甘蔗栽培種大約有 70%～80%的染色體來(lái)自于熱帶種，10%～23%全部來(lái)自于割手密，另外5%～17%來(lái)源于熱帶種和割手密的重組[12，42]。20世紀(jì)90年代以前，對(duì)于印度種和中國(guó)種基因結(jié)構(gòu)組成的看法很多[8，43]，D'Hont[44]反復(fù)驗(yàn)證了印度種和中國(guó)種是熱帶種和割手密的雜交種，其中并沒(méi)有檢測(cè)出其它種質(zhì)。可見(jiàn)，基因組熒光原位雜交（GISH）這項(xiàng)分子細(xì)胞遺傳學(xué)技術(shù)是一種研究復(fù)雜多倍體基因組結(jié)構(gòu)直接有效的方法，將為其他未知多倍體基因組結(jié)構(gòu)的分析提供有力工具。

3.1.3 染色體傳遞方式的確定 由于甘蔗屬多為異源多倍體植物，其染色體組成及傳遞方式較為復(fù)雜和獨(dú)特。有性雜交過(guò)程中，親子代染色體傳遞往往不符合經(jīng)典的細(xì)胞遺傳規(guī)律，而是表現(xiàn)出多種染色體傳遞方式：n+n，2n+n，n+2n，2n+2n[12，45]。通常情況下，熱帶種與割手密的雜交規(guī)律為：熱帶種傾向于產(chǎn)生2n配子，割手密形成n配子，即F1染色體傳遞方式為2n+n[46]；BC1代染色體傳遞方式大體上為2n+n，BC2代為n+n[21]，驗(yàn)證了當(dāng)雙親中都含有割手密染色體時(shí)，n+n傳遞方式起主導(dǎo)作用[47]。熱帶種與中國(guó)種和現(xiàn)代栽培種雜交時(shí)子代也表現(xiàn)出2n+n的遺傳方式[12]。然而熱帶種與甘蔗其他種屬的雜交情況卻截然不同，熱帶種與熱帶種雜交或者與大莖野生種雜交時(shí)，染色體的傳遞方式為n+n[46，48]。甘蔗屬與甘蔗近緣種屬斑茅雜交的F1和BC2（BC1×商品蔗）代中，染色體傳遞方式為n+n，BC1（F1×商品蔗）代中則是2n+n[45，49]，而其中2n和n常常不是體細(xì)胞、配子原來(lái)數(shù)目，常有增減，即存在“不平衡”現(xiàn)象[50]，體現(xiàn)了甘蔗染色體傳遞方式的復(fù)雜性。甘蔗有性雜交過(guò)程中，一個(gè)比較明顯的趨勢(shì)就是父本給后代總是傳遞n配子，這是一種在遠(yuǎn)緣雜交不親和性引導(dǎo)下的一種母本保護(hù)機(jī)制，即阻止外來(lái)遺傳物質(zhì)進(jìn)入母本[32]。

3.1.4 染色體結(jié)構(gòu)變異現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 親本在傳遞2n和n配子過(guò)程中，常常少于體細(xì)胞、配子原來(lái)數(shù)目，這其實(shí)與染色體的丟失有關(guān)[31]。利用FISH技術(shù)在甘蔗屬與斑茅的雜交子代中不僅清晰看到了染色體的丟失[42，51]，而且發(fā)現(xiàn)了甘蔗屬與斑茅之間的染色體重組現(xiàn)象[32，52]。常見(jiàn)的一種染色體重組方式就是易位，黃永吉[49]研究表明在甘蔗屬與斑茅的BC1、BC2和BC3子代染色體中都存在易位，且分為2種主要的易位形式：S/E型，這種染色體由包括甘蔗屬著絲粒的大部分和斑茅端部染色體片段構(gòu)成；相反，E/S型，就是包括斑茅著絲粒的大部分染色體和甘蔗屬部分端部染色體組成的染色體類型。易位這種染色體變異可以穩(wěn)定遺傳給后代，這就為新生遺傳型和表型的產(chǎn)生提供可能。王先宏[32]田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雜交子代的各種農(nóng)藝性狀都超過(guò)了親本，如：生長(zhǎng)速率、株重、蔗桿直徑、蔗糖產(chǎn)量等，這可能與斑茅染色體缺失和丟失不利基因以及染色體重組產(chǎn)生的雜交優(yōu)勢(shì)有關(guān)，這將為甘蔗育種事業(yè)帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。

染色體結(jié)構(gòu)改變也能為物種進(jìn)化提供可能。通過(guò)甘蔗遺傳圖與高粱基因組的共線性分析[53，54]，得出在2個(gè)物種分化后，甘蔗發(fā)生了多次染色體重組事件，其中2次主要重組事件對(duì)甘蔗物種的形成產(chǎn)生了重要的影響，一是Sb2（高粱二號(hào)染色體，下同）和Sb8組成甘蔗同源群HG8，Sb5和Sb6變成同源群HG2，即原來(lái)對(duì)應(yīng)高粱的2號(hào)和8號(hào)染色體融合成甘蔗的一條染色體，5、6號(hào)染色體融合成另一條染色體，因此在高粱中染色體基數(shù)X=10，慢慢演化成了染色體基數(shù)為X=8的割手密。在甘蔗近緣屬芒屬（Miscanthus sinensis.）中也出現(xiàn)類似的情況：芒屬和高粱分開(kāi)后，兩條染色體融合成一條染色體，染色體數(shù)目減少到x=19[55]。2條染色體通過(guò)相互間染色體易位融合成一條染色體的過(guò)程，在禾本科植物中出現(xiàn)得比較多[56-57]。巨大的染色體結(jié)構(gòu)變異也許解釋了割手密的不同倍性水平、地理分布范圍廣泛的由來(lái)，以及甘蔗屬、甘蔗近緣屬能適應(yīng)各種生物和非生物脅迫環(huán)境的原因。

著絲粒由DNA和蛋白質(zhì)組成，是真核生物有絲分裂和減數(shù)分裂過(guò)程中染色體正確分離和傳遞所必需的染色體區(qū)域，雖然著絲粒的功能非常保守，但真核生物各物種的著絲粒DNA序列卻高度變異，相比之下，著絲粒蛋白在物種間則相對(duì)保守，發(fā)揮功能的蛋白主要是CENH3，Nagaki[58-59]推導(dǎo)出甘蔗的氨基酸序列與玉米水稻著絲粒蛋白CENH3序列極為相似，因此用水稻的CENH3抗體去與甘蔗的SoCENH3進(jìn)行免疫共沉淀（ChIP），分析沉淀下來(lái)的DNA序列信息，得出甘蔗的SoCENH3中有140 bp的串聯(lián)重復(fù)序列（SCEN）和甘蔗逆轉(zhuǎn)座子重復(fù)（CRS）序列，這2種序列都表現(xiàn)出著絲粒特異性，雜交信號(hào)大小不一，CRS信號(hào)比SCEN信號(hào)多且強(qiáng)。由此說(shuō)明甘蔗著絲粒重復(fù)序列包含串聯(lián)重復(fù)和逆轉(zhuǎn)座子重復(fù)，SCEN家族和CRS家族序列變化大，并且其中大部分是逆轉(zhuǎn)座子重復(fù)。

3.1.5 甘蔗著絲粒組成 甘蔗基因組測(cè)序是目前甘蔗分子生物學(xué)基礎(chǔ)研究的重要攻關(guān)點(diǎn)。而甘蔗基因組的復(fù)雜性以及廣泛存在的重復(fù)序列尤其是著絲粒上的串聯(lián)重復(fù)和逆轉(zhuǎn)座子重復(fù)，必將阻礙甘蔗全基因組測(cè)序中用BACs克隆進(jìn)行的重疊群（contig）組裝，加之，自動(dòng)化組裝無(wú)法填補(bǔ)重疊群之間的間隔。然而，高分辨FISH細(xì)胞學(xué)技術(shù)卻可以確定不同克隆之間的排列順序，還可以用于估算在同一染色體上重疊群間間隔的長(zhǎng)度，定量分析不同克隆之間的重疊程度和實(shí)際距離，從而實(shí)現(xiàn)重疊群的組裝，逐步完成甘蔗全基因組測(cè)序工作。

4 展望

本文從甘蔗染色體核型、甘蔗染色體遺傳行為以及原位雜交技術(shù)在甘蔗上的應(yīng)用3個(gè)方面簡(jiǎn)單綜述了甘蔗染色體研究近況，對(duì)甘蔗分子生物學(xué)和多倍體作物細(xì)胞生物學(xué)研究工作提供了一定的理論基礎(chǔ)。

甘蔗染色體的異質(zhì)性、多倍性、非整倍性、減數(shù)分裂不規(guī)則、染色體傳遞方式的復(fù)雜性等因素制約著甘蔗細(xì)胞學(xué)的發(fā)展。要想進(jìn)一步了解甘蔗細(xì)胞學(xué)特征，得尋求新的技術(shù)支持，F(xiàn)ISH則是細(xì)胞遺傳學(xué)上具有里程碑式意義的一項(xiàng)技術(shù)，可望克服甘蔗細(xì)胞學(xué)研究中遇到的困難，使我們能夠了解甘蔗染色體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，分析基因組結(jié)構(gòu)，并加速對(duì)甘蔗遺傳和進(jìn)化機(jī)制等領(lǐng)域的了解，從而進(jìn)一步推動(dòng)甘蔗遺傳育種改良進(jìn)程，促進(jìn)甘蔗生產(chǎn)發(fā)展。

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