基于基因组大小变异与rDNA染色体定位解析二倍体韩国野生菊属植物的细胞遗传多样性

本研究针对菊属植物因天然杂交和多倍化导致的分类学界限模糊问题，韩国忠北国立大学研究人员通过流式细胞术测定28个二倍体野生菊居群的基因组大小（1 C值2.84-3.44 pg），结合荧光原位杂交（FISH）技术定位5 S和18 S rDNA位点，首次发现白花型C. zawadskii在基因组大小（平均2.89 pg）、5 S rDNA位点（6号染色体长臂）及18 S rDNA信号对数（2对）等方面显著区别于黄花型类群，为菊属植物分类提供了可靠的细胞遗传学标记。该成果发表于《BMC Plant Biology》。

　　

菊属植物作为重要的观赏植物和药用资源，其分类学一直困扰着研究者。这个拥有41个物种的属不仅包含全球广泛栽培的菊花品种，更因频繁的自然杂交和多倍化事件（从二倍体到十倍体）形成了复杂的物种网络。东亚地区作为菊属的分布中心，韩国野生菊属植物虽然分类相对清晰，但二倍体类群间仍存在形态相似、核型不稳定的难题。传统核型分析显示，即使同一居群内的个体也呈现染色体结构变异，这使得单纯依靠染色体形态难以界定物种界限。这种分类困境直接影响了野生菊属资源的保护利用和栽培菊花的育种研究。

为破解这一难题，韩国忠北国立大学的研究团队开展了一项系统研究。他们采集了28个经形态鉴定的二倍体（2n=18）野生菊居群，涵盖白花型的C. zawadskii、黄花型的C. boreale和C. indicum以及它们的中间类型。研究采用流式细胞术精确测定基因组大小，通过荧光原位杂交（FISH）技术定位5 S和18 S核糖体DNA（rDNA）位点，并结合传统核型分析，首次在群体水平揭示了韩国二倍体菊属的细胞遗传学特征。

关键技术包括：使用流式细胞仪（CyFlow Cube 6）以马铃薯（Solanum tuberosum）为内参测定1 C值；采用荧光原位杂交（FISH）技术，分别用地高辛标记的5 S rDNA探针和生物素标记的18 S rDNA探针进行染色体定位；通过核型测量软件（Karyomeasure ver. 1.6.4）分析染色体形态参数。所有实验材料均来自韩国自然栖息地，并保存于忠北国立大学温室。

基因组大小变异揭示物种特征
研究发现白花型C. zawadskii具有显著较小的基因组（1 C值2.84-2.94 pg，平均2.89 pg），而黄花型类群呈现递增趋势：C. indicum（2.90-3.41 pg）<中间类型（3.22-3.44 pg）<C. boreale（3.16-3.44 pg）。这种差异与花色表型高度相关，为物种鉴别提供了量化指标。

动态核型与稳定rDNA分布
尽管核型呈现极端多样性（16种核型公式），但rDNA分布模式相对保守。白花型C. zawadskii均表现为细胞型I：5 S rDNA稳定位于6号染色体长臂（6L），18 S rDNA在2号和8号染色体短臂（2S、8S）各1对。黄花型类群则呈现4种细胞型（II-V），其5 S rDNA均位于4号染色体长臂（4L），但18 S rDNA信号数从6个（细胞型II）到8个（细胞型IV）不等，其中细胞型III首次报道显示额外单信号，而罕见的细胞型V（仅见于1个个体）出现5 S/18 S rDNA共定位现象。

细胞遗传学分类新标准
研究确立了rDNA分布模式作为菊属分类的新标准：白花型C. zawadskii的细胞型I具有物种特异性；黄花型类群虽共享5 S rDNA位点，但通过18 S rDNA信号数可区分C. boreale（以细胞型II为主）和C. indicum（以细胞型IV为主）。中间类型个体的rDNA模式与其形态倾向一致，暗示其杂交起源。

这项研究首次在群体水平揭示了二倍体菊属植物的细胞遗传学图谱，证实rDNA分布模式比核型更稳定可靠。白花型C. zawadskii在基因组大小和rDNA分布上的独特性，支持其作为独立分类单元的地位；而黄花型类群间的连续变异则反映了自然杂交的进化历史。该成果不仅为菊属分类提供了新的细胞遗传学标记，更揭示了5 S rDNA位点数量与倍性水平的潜在关联，为后续多倍体菊属研究奠定了基础。特别值得注意的是，研究提出的"细胞型"概念有效解决了传统核型分析在菊属分类中的局限性，为复杂植物类群的系统学研究提供了新思路。这些发现将直接服务于野生菊属资源的鉴定保护，并为栽培菊花的分子育种提供理论依据。