《科學報告》上的一項新研究揭示了美國栗子和中國栗基因組核仁組織區（NOR）的顯著差異。這種差異對它們在抗枯萎病雜交中的相容性假設提出了挑戰。這對美國栗子的恢復和抗枯萎病有潛在影響。

美國栗子和中國栗的染色體畢竟不是那麼相似，至少在基因組的一個關鍵區域–核仁組織區（NOR）–是如此。

這項發現發表在今天（1月15日）出版的《科學報告》（Scientific Reports）上，對任何希望透過與中國栗子雜交使美國栗子具有抗枯萎病能力的人來說都具有重大意義。

“這是植物細胞學領域前所未有的發現，”林務局遺傳學家、該研究的第一作者努魯爾-法里迪（Nurul Faridi）說。

傳統的回交育種涉及兩個物種之間的雜交，目的是在不進行基因工程的情況下將兩個物種的性狀理想地結合在一起。只有當兩個物種的染色體相容時，回交育種才能成功。由於中美板栗雜交種可以存活，因此人們認為這兩個物種高度相容。但新的研究顯示，這兩個物種的NOR 有顯著差異。

栗樹是一種落葉硬木樹種，因其鋸齒狀的大葉子和可食用的栗子而聞名。它屬於栗屬，原產於世界各地，包括歐洲、亞洲和北美洲。栗樹可以長到令人印象深刻的高度，因其木材和生產的美味堅果而備受重視。這些樹木在人類歷史上發揮了重要作用，為各種用途提供食物和木材。

NOR 是每個動植物細胞的一部分。它帶著製造核醣體的遺傳指令，核醣體是製造生命所必需的蛋白質的分子機器。

NOR 位於特定染色體短臂的末端附近。它存在於兩個物種上，但在中國栗中，它被一種被稱為異染色質的DNA包裹著，約佔染色體的25%。這種DNA 的結構和組成令研究人員大吃一驚–它高度濃縮，缺乏基因內容，轉錄不活躍。相較之下，美洲栗衛星非常小，似乎是外染色質。DNA的染色體區具有轉錄活性。

法里迪使用專門的顯微鏡、紫外線濾光片和一種能與DNA 結合的染料，首先註意到一小對中國栗樹染色體發出非常明亮的螢光。他利用一種稱為螢光原位雜交（FISH）的技術對這項發現進行了進一步分析。

“我們的高品質FISH 影像為這種獨特的DNA 排列提供了明確的證據，」法里迪說。”這些圖像不僅僅是圖片，它們還證明了遺傳物質的動態性質”。

兩個物種的染色體衛星（中國栗子在左，美國栗子在右）。與所有染色體一樣，這些染色體由染色質（DNA 分子和蛋白質的混合物）構成。染色質有幾種類型。中國栗子中的亮藍色尖端表示異染色質DNA，而尖端上的淺紫色可能代表同染色質DNA。美洲栗衛星的整個區域似乎都是外染色質。資料來源：美國農業部林業局圖片，Nurul Faridi 拍攝

法里迪自1991 年起從事FISH 工作，擁有豐富的植物染色體製備分析經驗。從經過酵素解的根尖分離出來的染色體，大部分沒有細胞壁、核膜和細胞質碎片，最適合進行FISH 分析。

大多數FISH 影像都是從動物細胞中獲得的，因為植物細胞，尤其是樹木，在處理上更具挑戰性。法里迪發現，栗子比松樹和楊樹更難處理。

研究人員將使用一種名為寡核苷酸FISH 的技術進行進一步研究。寡核苷酸FISH 使用從DNA 定序中獲得的短特異性DNA 探針。由於美國栗子和中國栗的整個基因組都已定序，研究人員將利用寡核苷酸螢光顯微鏡進行詳細的基因研究，從而發現基因組的細微差別。這項技術對研究雜交種特別有用，因為它能顯示基因來自哪個親代。

在培育具有美洲栗子高度和中國栗抗枯萎病特性的美洲栗雜交種方面取得了重大進展。然而，正如林業局先前的研究顯示的那樣，目前最先進的雜交種還沒有足夠的抗枯萎病能力用於恢復。

編譯來源：ScitechDaily