作者：何子燦1 蔡起貴2 錢迎倩2 黃宏文1 侯云甫
首次報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。不同細胞間染色體配對形式變化較大,一般以二價聯(lián)會為主,其次由其它多種配對方式(包括有復(fù)合配對、重復(fù)配對、著絲點或端粒處聯(lián)合和多價聯(lián)會)形成多價體,還有少數(shù)未配對或發(fā)生內(nèi)配對(偶見)的單價體和幾條二價體之間的次級配對。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。還認為該植株是研究減數(shù)分裂染色體配對和聯(lián)會機制的好材料。
▲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)會復(fù)合體的觀察,詳細地研究了小麥染色體在減數(shù)分裂前期的配對全過程"?，F(xiàn)有資料認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曾報道除偶見1~2個四價體外,均為二價體。
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道該母株花粉母細胞第一次減數(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)果與前人報道也有不同”,認為有進一步深入探討的必要,無論是對該植株體細胞無性系變異規(guī)律的研究”,還是對促進該物種細胞遺傳學(xué)的研究都具有重要意義。本研究采用經(jīng)改進的去壁低滲制片法,首次對其染色體在減數(shù)分裂前期配對行為的詳細表現(xiàn)進行了直接觀察,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,造成細線狀染色體因密集而不易區(qū)分,僅能見部分二價體配對是從一端開始,另一端呈兩股細線:有的配對則在染色體全長若干位點同時進行(圖版I1);還存在多個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,與還未配對的細線狀染色體相互纏繞,偏于細胞核一側(cè),呈花束狀(圖版I2);中粗線期凝縮程度較低的染色體(多為多價體)繼續(xù)與少數(shù)未凝縮的單價體纏繞,集中于染色體圖象中間,不易分辨,一些凝縮程度高的二價體多位于圖象邊沿,易分辨(圖版I3),還可見一些單價體向二價體靠攏進行配對。到晚粗線期在n= 87個成員中,能分辨出約80多個成員完成配對(圖版14)。
粗線期染色體大多緊密聯(lián)會,除棒狀二價聯(lián)會外,還能觀察到“X”形六價聯(lián)會,“+”形四價聯(lián)會,“丫”形三價聯(lián)會;這些多價體在終變期和M1期可呈環(huán)狀或鏈狀,如圖版I6所示,有環(huán)狀六價體、環(huán)狀三價體和鏈狀四價體,此外還有異形二價體之間的次級配對。需指出三價體在該植株P(guān)MC中經(jīng)常出現(xiàn)，曾經(jīng)在1個PMC中觀察到5個三價體(圖版17)。
此期最值一提的是在少數(shù)已聯(lián)會的二價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)、易位二價體與易位四價體。易位二價體在易位區(qū)不能聯(lián)會(圖版H10),易位四價體在雙線期呈∞形,易于辨認(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細箭頭)，也可在臂內(nèi)部分區(qū)域(圖版H9細箭頭)。后一個圖象還顯示了該二價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,該期PMC間配對形式雖無一固定模式,但每一個細胞圖象都有多種的配對方式,說明染色體聯(lián)會是同源染色體之間的隨機行為,多倍化增加了它的復(fù)雜性。23 雙線期配對觀察
雙細期染色體凝縮更短,已配對染色體開始分離,但于交換處交叉,是研究多價體復(fù)雜配對的最佳時期。能觀察到由1至幾條二價體再各與1條單價體靠近,重復(fù)配對形成三價體,新配上的單價體明顯比二價體的長(圖版H12)。由端?；蛑z粒聯(lián)合形成的四價體,可見于非核仁染色體(圖版I5)和核仁染色體(圖版H13)。在后一個圖象中還能初步判斷出2個同源六價體,1個為“X”型,另1個是由1個核仁四價體與1個核仁二價體組成的6個核仁的染色體。此期有時還見到未聯(lián)會或環(huán)狀的單價體,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則顯示了多個同源或部分同源染色體在不同同源點上相交、相連地牽連成1個復(fù)合體情況多處發(fā)生。1個同源5價體的配對(圖版H18)更進一步表現(xiàn)出它們的聯(lián)會,遵循同源性原則和每1個交叉點具有兩兩相配的特征。晚雙線期(圖版H17)可見到“x”形6價體(圖版Ⅱ17b)和“+”形四價體,而其它多價體的配對形式已不易辨認。該圖象中可見1個二價體上大的自身折疊(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)生二價聯(lián)會外,還有其它多種配對形式(如重復(fù)、復(fù)合、端?；蛑z粒聯(lián)合、多價聯(lián)會等)形成多價體(有六價體、五價體、四價體、三價體)。這些多價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)會復(fù)合體的發(fā)育過程觀察,認為小麥(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體,但在粗線期被消除,只見到二價體;而且在偶線期,同祖多價體的出現(xiàn)頻率也遠低于同源配對形成的二價體。這些情況顯然與我們在本實驗觀察到的結(jié)果有所不同。后者在雙線期時染色體復(fù)合配對普遍存在,其它形成多價體的配對形式也常見,直到終變期和M:仍有各種類型多價體存在。再結(jié)合所觀察到的同源六價體和同源五價體情況,有理由認為美味獼猴桃品種:No26的基本染色體組29個染色體成員中,至少有2個或更多一點的成員具有同源群,每個同源群的6個染色體同源,且可形成多種形式的同源多價體。因為從理論上推測,6個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)然我們也認為可能有同祖染色體存在,如異形二價體之間的次級聯(lián)會是因其之間有“殘余吸引”“”),同時在第1次減數(shù)分裂前期時的染色體復(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,以二價聯(lián)會為主,有未能配對的單價體等現(xiàn)象,可能源于種間染色體結(jié)構(gòu)差異所致。為此,筆者又認為美味獼猴桃還具有種間雜種的細胞學(xué)特征。Crowhurst"采用RFLP技術(shù)后認為至少有2個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重要途徑“”,異源多倍體物種的細胞學(xué)行為取決于它的幾個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化意義。對它在M，時所反映的多價體不及前期多的現(xiàn)象,筆者認為是由于其染色體太小,配對時交叉少,再隨著交叉端化的分離進程,這些多價體被提早消除,或是由于“聯(lián)會消失”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)狀三價體和環(huán)狀單價體的存在表明有完全的等臂染色體,其來源有深究價值。
本研究還表明,雙線期能很好進行配對情況的觀察,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時期出現(xiàn)高頻率的染色體異常行為所證實”。
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)會機制的好材料。但染色體的配對、聯(lián)會和分離是一個多步驟的復(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該項研究向更深層次發(fā)展。
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