编辑推荐：
为探究大花红门兰（Dactylorhiza majalis）基因组相关问题，研究人员开展研究，发现其存在部分基因组复制和核内有丝分裂现象，对研究兰花基因组有重要意义。
在植物的奇妙世界里，细胞的生长和发育过程蕴含着许多奥秘。对于众多植物而言，尽管细胞核和细胞质不再分裂，但体细胞仍有合成 DNA 的能力，这种现象被称为核内复制（endoreplication）。而在细胞的常规周期中，会经历 DNA 合成和染色体分离等过程，确保细胞的遗传物质稳定传递。
在兰花家族中，大花红门兰是一种独特的存在。它是西欧的古老异源四倍体物种，每个营养细胞核内含有 2n=4x=80 条小的环状染色体。然而，研究人员发现，其在德国上卢萨蒂亚地区的 12 个种群中，种子的不育率极高，这主要归因于减数分裂异常，导致发育中的生殖细胞染色体数目出现非整倍体现象。
为了深入了解大花红门兰的基因组奥秘，解决上述问题，德国齐陶 / 格尔利茨应用科学大学（University of Applied Sciences Zittau/G?rlitz）的 Roland Schubert、Heike Hohlfeld 和 Markus Brugger 等研究人员开展了一系列研究。他们的研究成果发表在《Biologia》杂志上，这一研究对于揭示大花红门兰的遗传特性、保护这一濒危物种以及深入理解兰花基因组具有重要意义。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是流式细胞术（FCM），通过制备核悬浮液并对细胞核进行染色，检测荧光强度来分析 DNA 含量和细胞周期；二是细胞学染色技术，利用醋酸洋红染色制作涂片，在显微镜下观察细胞的核内有丝分裂等现象。
研究结果如下：
- 种子萌发与植株形成：大花红门兰种子在固体播种培养基上萌发，经过多次培养基更换和转移，最终成功培育出大量植株。约 2 - 8% 的消毒种子转化为植株，这些植株在后续培养中不断生长发育，形成了具有典型特征的根系和茎叶结构。
- 流式细胞术分析：通过对不同器官和发育阶段的大花红门兰进行 FCM 分析，研究人员发现其存在一到三轮连续的部分基因组复制。例如，在茎、叶和不定根中，检测到了 2C、4E、8E 和 16E 等荧光峰，这表明部分基因组在不断复制。而且，不同器官和发育阶段的复制情况有所差异，如开花期叶片中 2C 细胞频率较低，而不定根中甚至检测不到 2C 峰。通过计算荧光强度比值，研究人员还发现约 83 - 84% 的 2C 基因组（部分 P）参与复制，16 - 17%（部分 F）不参与。
- 细胞学研究：对醋酸洋红染色的涂片进行观察，发现叶表皮细胞和不定根部分细胞处于核内有丝分裂（endomitosis）阶段，这解释了之前 FCM 检测到的部分 DNA 复制现象。而在根尖分生组织细胞中，则观察到正常的有丝分裂，在幼嫩花药的小孢子阶段，能清晰看到单倍体（1n=2x=40）的染色体，表明此时进行的是减数分裂。
研究结论和讨论部分指出，研究人员成功建立了大花红门兰在无菌环境下的培养方法，避免了外源性生长调节剂的干扰。研究发现的部分基因组复制现象符合严格的部分核内复制模型，且首次证明这种现象在无共生菌环境下也能发生。核内有丝分裂是导致部分基因组复制的原因，这在植物细胞中较为罕见。连续的基因组核内复制可能使细胞从增大的细胞体积和提高的蛋白质合成速率中获益，但复制的 DNA 不会遗传给下一代。通过 FCM 技术估算大花红门兰营养细胞核的 DNA 含量，发现不同研究结果存在一定差异，这可能与染色体多态性、实验设备差异等多种因素有关。此外，研究还强调在进行基因组大小估算时，要避免在开花期采集叶片和在不定根特定部位取样，以免造成误差。
这项研究为大花红门兰以及其他兰花物种的基因组研究提供了重要参考，对于深入了解兰花的遗传特性、保护濒危兰花物种以及推动植物基因组学的发展具有重要意义。它不仅揭示了大花红门兰基因组的特殊复制现象，还为后续研究指明了方向，如进一步探究部分基因组复制的分子机制以及其对植物生长发育的具体影响等。
