Lycoris ist eine Familie, zu der mehrere wichtige Gartenbaupflanzen gehören1. Lycoris aurea (L'Hér.) Kraut. ist eine traditionelle chinesische Heilpflanze mit einer langen Geschichte. Phytochemische Analysen haben gezeigt, dass Lycoris aurea (L'Her.) Das Kraut enthält Galantamin und andere Alkaloide, die die Acetylcholin-Empfindlichkeit erhöhen können und als Cholinesterase-Hemmer das Potenzial haben, die Alzheimer-Krankheit zu behandeln2.
Bei höheren Pflanzen ist die Karyotypanalyse entscheidend für die Integration genetischer und physikalischer Karten, mit erheblichen praktischen Auswirkungen auf die Pflanzenbiologie. Diese Analyse ermöglicht die Charakterisierung des Genoms auf Chromosomenebene, die Klärung zellulärer taxonomischer Beziehungen zwischen Populationen, die Identifizierung genetischer Aberrationen und das Verständnis chromosomaler Evolutionstrends 3,4,5. Typischerweise umfasst eine Karyotypbeschreibung die Chromosomenzahl, absolute und relative Chromosomenlängen, primäre und sekundäre Verengungslokalisationen, heterochromatische Fragmentverteilung, rDNA-Stellennummern und -Positionen und andere DNA-Sequenzmerkmale sowie Karyotyp-Asymmetrie 6,7,8. Unter den Karyotyp-Parametern wird die Asymmetrie durch Variationen der Chromosomenlänge (interchromosomale Asymmetrie) und der Zentromerposition (intrachromosomale Asymmetrie) bestimmt. Die Karyotyp-Asymmetrie ist ein signifikantes Merkmal, das die Chromosomenmorphologie widerspiegelt und in der Pflanzenzelltaxonomie 9,10,11,12 weit verbreitet ist.
Oft schränkt das Fehlen von Chromosomenmarkern die Karyotyp-Analyse ein und erschwert die Identifizierung einzelner Chromosomen. In den letzten Jahren haben sich die Giemsa-Färbung, das Fluoreszenzbanding und die Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) in der Pflanzenchromosomenanalyse durchgesetzt. Duale Fluoreszenzfärbemethoden, wie z. B. die CMA- (Chromomycin A3) / DAPI-Färbung (4, 6-Diamino-2-phenylindol) und die PI (Propyliodid) / DAPI-Färbung (bekannt als CPD-Färbung), zeigen GC- und AT-reiche heterochromatische Regionen auf den Chromosomen 4,13. Während der Metaphase oder Pachyten der Pflanzenmitose können wiederholte DNA-Sequenzen oder lange DNA-Abschnitte durch FISH-Hybridisierung spezifische Signale in Pflanzenpopulationen erzeugen 14,15,16.
Fluoreszierende Banden und FISH-Signale liefern nützliche Marker für die Chromosomenidentifizierung. Durch die Messung der Chromosomenlänge, die Analyse der Fluoreszenzbandeneigenschaften und den Vergleich von FISH-Signalunterschieden können detaillierte molekularzytogenetische Karyotypen verschiedener pflanzlicher Keimplasmen oder Populationen konstruiert werden. Diese Karyotypen zeigen effektiv die Chromosomenmorphologie in verschiedenen Keimplasmen oder Populationen, was Vergleiche der Heterochromatinverteilung und der DNA-Sequenzlokalisierung ermöglicht und weitere Forschungen anregt 4,8,17. Molekularzytogenetische Karyotypvergleiche können wertvolle Einblicke in die phylogenetischen Beziehungen und die chromosomale Evolution verwandter Populationen bieten 8,14,18,19.
Die Gattung Lycoris , eine vielfältige und faszinierende Gruppe innerhalb der Familie der Amaryllis, ist bekannt für ihre mehrjährigen Zwiebeln. Mit etwa 20 Arten, von denen 15 in China endemisch sind, weist er eine reiche Artenvielfalt auf. Diese Gattung kommt ausschließlich in warmgemäßigten und subtropischen Regionen Ostasiens vor, einschließlich Südwestchina, Südkorea und Japan, mit einigen Populationen, die sich bis nach Nordindien und Nepal erstrecken20. Frühe zytogenetische Studien befassten sich hauptsächlich mit der Chromosomenzählung, um die grundlegende Chromosomenzahl der Gattung zu bestimmen und die Chromosomenmorphologie in bestimmten Populationen zu beschreiben, wobei der Schwerpunkt hauptsächlich auf Lycoris radiata21 lag. Die in dieser Gattung beobachteten Gesamtchromosomenzahlen reichen von 12 bis 33 oder 44 und repräsentieren den diploiden bzw. abnormalen diploiden, triploiden, tetraploiden und aneuploiden Niveaus. Die grundlegenden Chromosomennummern x sind 6, 7, 8 und 11.
Lycoris aurea (L'Hér.) Kraut, eine bemerkenswerte Art innerhalb der Gattung Lycoris , ist in ganz China weit verbreitet22. Sie gedeiht in entspannten, feuchten Umgebungen und vermehrt sich durch kleine Zwiebeln. Diese Zwiebeln, die Lycorin und Galantamin enthalten - zwei wichtige medizinische Verbindungen - werden seit Jahrhunderten in der traditionellen chinesischen Medizin verwendet. Auch Lycoris aurea fasziniert Gärtner mit ihren auffällig roten Blüten im Herbst und den immergrünen Blättern im Winter. Die morphologische Ähnlichkeit aller untersuchten Lycoris aurea (L'Hér.) Kräuterpopulationen stellen eine große Herausforderung für die chromosomale Identifizierung mit herkömmlichen zytologischen Methoden dar.
Die Klonierung von FISH, Fosmid oder BAC (bakterielle künstliche Chromosomen) mit repetitiven DNA-Sequenzen und Oligonukleotidsonden auf Metaphase- oder pachydermatoösen Chromosomen wurde für die Karyotypanalyse23,24,25, die vergleichende zytogenetische Analyse26,27, die Erstellung zytogenetischer Karten28,29 und chromosomenspezifische Assays30 verwendet . In jüngster Zeit wurde die FISH-Technik auf die Chromosomenanalyse von Lycoris-Populationen angewendet31. Obwohl die Chromosomenzahl und der Karyotyp in Lycoris-Populationen variieren, bleibt die Gesamtchromosomenzahl konstant, wobei drei Grundtypen beobachtet werden: das zentrale Zentromer-Chromosom (M-), das distale Zentromer-Chromosom (T-) und das proximale Zentromer-Chromosom (A-). Darüber hinaus werden in natürlichen Populationen unterschiedliche Chromosomenformen und -größen beobachtet32.
Die RNA-Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) ist nützlich für den Nachweis von Chromosomenveränderungen, wie z. B. Zentromerfusion, Inversion, Genamplifikation und Fragmentdeletion. Die Fluoreszenz-In-situ-Hybridisierungstechnologie (RNA-FISH) ermöglicht die hochauflösende visuelle Analyse von Chromosomen, um mehrere komplexe Veränderungen zu erkennen und zu identifizieren, einschließlich der Fusion zentraler Chromosomenregionen, der Bildung neuer Chromosomenstrukturen, der Umkehrung von Chromosomenregionen, der Amplifikation von Genen oder Genfragmenten und des Verlusts von Gensequenzen in bestimmten Chromosomenregionen33. Fünf der 500 Klone zeigten starke FISH-Signale auf der Zentromerregion des zentralen Zentromer-Chromosoms (M-), nicht aber auf dem distalen Zentromer-Chromosom (T-)34. Das einzigartige FISH-Signalverteilungsmuster auf jedem Chromosom ermöglichte die Identifizierung einzelner Chromosomen, was zuvor in Lycoris-Populationen mit herkömmlichen Färbemethoden eine Herausforderung darstellte31. Derzeit gibt es nur wenige Studien zur molekularen Zytogenetik von Lycoris aurea (L'Hér.) Herb und betonte den dringenden Bedarf an weiterer Forschung auf diesem Gebiet.
In dieser Studie wurden acht gut differenzierte Metaphase-Chromosomen von Lycoris aurea (L'Hér.) Die Kräuterpopulationen wurden mit Hilfe von Enzymimmersions- und Flammentrocknungsmethoden (EMF) präpariert. CPD-Färbung und 45S- und 5S-rDNA-Sonden wurden für die FISH-Identifizierung verwendet. Detaillierte molekularzytogenetische Karyotypen dieser Populationen wurden unter Verwendung kombinierter Daten aus Chromosomenmessungen, Fluoreszenzbanden und 45S- und 5S-rDNA-FISH-Signalen konstruiert. Für jede Population wurden sechs verschiedene karyotypische Asymmetrieindizes berechnet, um karyotypische Beziehungen zwischen ihnen zu identifizieren. Die Auswertung der molekularzytogenetischen Karyotypdaten lieferte wichtige Einblicke in die genomische Differenzierung und die evolutionären Beziehungen der acht Populationen, was das Verständnis der Lycoris-Chromosomen möglicherweise verändern wird.