山羊草（Aegilops）为一年生草本植物，物种多样，该属包含23个物种（11个二倍体、8个四倍体和4个六倍体），这些物种包含的基因组被定义为D、S、U、C、N和M基因组。山羊草属物种作为普通小麦育种最重要的基因库，了解其基因组进化和染色体结构重排以及共线关系，对于该属基因组基础研究和实际育种应用具有重要价值。近日，南京农业大学王秀娥和王海燕团队在The Plant Journal发表了题为“Chromosome painting reveals inter-chromosomal rearrangements and evolution of the subgenome D of wheat”的研究论文，作者基于中国春参考基因组开发了D基因组特异的寡核苷酸探针库，可特异地识别小麦和节节麦（Ae. tauschii）中的1D-7D染色体，同时利用该探针库揭示了山羊草属物种的染色体重排和进化关系。以下是主要结果：

鉴于作者之前已经开发了小麦4D染色体特异寡核苷酸探针库，作者此次参考中国春基因组开发了六个新的寡核苷酸探针库，可特异地识别染色体1D、2D、3D、5D、6D和7D（Figure 1），六个探针库分别包含27249、27020、26746、27132、25227和25227条寡核苷酸序列。这些单拷贝寡核苷酸序列主要来自外显子（5%）、内含子（9%）和基因间（77%）区域。杂交信号在染色体上的分布并不均匀，这是由于染色体远端区域富含单基因和着丝粒/着丝粒周围区域富含高度重复的DNA序列所致。同时该探针组合还可以鉴定小麦背景中的染色体重排和易位断点（Figure 2, Figure 3）。

Figure 1. Chromosome painting of seven chromosome-specific oligo probes on mitotic metaphase chromosomes of Chinese Spring.

Figure 2. Characterization of the chromosomal translocations identified in wheat cultivars Bima 4, Bima 3.

Figure 3. Characterization of chromosomal translocations RT4AS∙4AL-1DS and 1DL∙1DS-4AL derived from wheat cultivar Bima 4.

随后，作者利用七个寡核苷酸探针库表征了二倍体节节麦品系CIAe9（Ae. tauschiissp.strangulata），所有探针显示了相似水平的染色体特异性（Figure 4a-h）。同时分析了节节麦PI452130和TQ18，分别代表Ae. tauschii亚种ssp.tauschii和ssp.strangulata（Figure 4i-n）。此次研究中，作者共计分析了54个节节麦品系，包含47个ssp.tauschii和7个ssp.strangulata，结果显示大多数材料具有相似的FISH模式。然而，品系（4、5和29）显示了不同的信号杂交模式，表明这些材料中存在染色体重排，经鉴定品系4和5中含有3D-7D易位染色体（Figure 5），品系29中含有4D-5D-7D复合易位染色体（Figure 6）。

Figure 4. Chromosome painting of Ae. tauschii.

Figure 5. Characterization of two chromosomal translocations identified in Ae. tauschii.

Figure 6. Characterization of a complex chromosomal translocation identified in Ae. tauschii.

最后，作者分析了七个painting探针库在六个二倍体山羊草属物种Ae. tauschii（DD）、Ae. umbellulata（UU）、Ae. caudata（CC）、Ae. comosa（MM）、Ae. uniaristata（NN）和Ae. speltodies（SS）上的信号分布，以检验该探针在山羊草属远缘物种中的潜在应用。在Ae. speltodies的S基因组中未观察到信号；在Ae. comosa的M基因组、Ae. umbellulata的U基因组，Ae. caudata的C基因组和Ae. uniaristata的N基因组中观察到不同强度的FISH信号，其中N基因组染色体上的信号最弱（Figure 7）。为探究其原因，作者对Ae. comosa、Ae. umbellulata、Ae. markgrafii和Ae. uniaristata四个基因组进行了测序和oligos的开发，将源于中国春D基因组的七个寡核苷酸探针库中的187,689条寡核苷酸序列与基于四个基因组开发的寡核苷酸序列进行比对分析，一致性序列分别为9700 (5.17%)、9793 (5.22%)、9887(5.27%)和8795 (4.68%)，而与Ae. tauschii的一致性却高达182917 (97.46%)。

作者还发现所有的painting探针与D基因组和M基因组中的一对染色体杂交，表明它们与CS亚基因组D高度保守。探针-1D和探针-5D与所有五个基因组中的一个染色体对杂交，表明五个基因组之间的第一同源群和第五同源群具有良好的保守性。其余五个painting探针在基因组U、C和N中的两对或三对染色体上具有杂交信号，表明这些染色体发生了交互易位。

Figure 7. Karyotypes of five Aegilops species.