Lycoris è una famiglia che comprende diverse importanti piante orticole1. Lycoris aurea (L'Hér.) Erba. è una pianta medicinale tradizionale cinese con una lunga storia. L'analisi fitochimica ha dimostrato che Lycoris aurea (L'Her.) L'erba contiene galantamina e altri alcaloidi, che possono aumentare la sensibilità all'acetilcolina e hanno il potenziale per trattare il morbo di Alzheimer come inibitori della colinesterasi2.
Nelle piante superiori, l'analisi del cariotipo è fondamentale per l'integrazione di mappe genetiche e fisiche, con significative implicazioni pratiche per la biologia vegetale. Questa analisi consente la caratterizzazione del genoma a livello cromosomico, il chiarimento delle relazioni tassonomiche cellulari tra le popolazioni, l'identificazione delle aberrazioni genetiche e la comprensione delle tendenze dell'evoluzione cromosomica 3,4,5. Tipicamente, la descrizione di un cariotipo include il numero di cromosomi, le lunghezze cromosomiche assolute e relative, le posizioni di costrizione primaria e secondaria, la distribuzione dei frammenti eterocromatici, il numero e le posizioni dei siti di rDNA e altre caratteristiche della sequenza di DNA, nonché l'asimmetria del cariotipo 6,7,8. Tra i parametri del cariotipo, l'asimmetria è determinata dalle variazioni della lunghezza cromosomica (asimmetria intercromosomica) e della posizione del centromero (asimmetria intracromosomica). L'asimmetria del cariotipo è una caratteristica significativa che riflette la morfologia cromosomica ed è ampiamente utilizzata nella tassonomia delle cellule vegetali 9,10,11,12.
Spesso, l'assenza di marcatori cromosomici limita l'analisi del cariotipo e impedisce l'identificazione dei singoli cromosomi. Negli ultimi anni, la colorazione di Giemsa, il banding di fluorescenza e l'ibridazione in situ a fluorescenza (FISH) sono diventati popolari nell'analisi cromosomica delle piante. I doppi metodi di colorazione fluorescente, come la colorazione CMA (cromomicina A3) / DAPI (4, 6-diammino-2-fenilindo) e la colorazione PI (ioduro di propile) / DAPI (nota come colorazione CPD), rivelano regioni eterocromatiche ricche di GC e AT sui cromosomi 4,13. Durante la metafase o il pachitene della mitosi vegetale, sequenze ripetute di DNA o lunghi segmenti di DNA possono generare segnali specifici nelle popolazioni vegetali attraverso l'ibridazione FISH 14,15,16.
Le bande fluorescenti e i segnali FISH forniscono marcatori utili per l'identificazione dei cromosomi. Misurando la lunghezza dei cromosomi, analizzando le caratteristiche delle bande di fluorescenza e confrontando le differenze del segnale FISH, è possibile costruire cariotipi citogenetici molecolari dettagliati di diversi germoplasmi o popolazioni vegetali. Questi cariotipi mostrano efficacemente la morfologia cromosomica in vari germoplasmi o popolazioni, consentendo confronti tra la distribuzione dell'eterocromatina e la localizzazione della sequenza del DNA e incoraggiando ulteriori ricerche 4,8,17. I confronti del cariotipo citogenetico molecolare possono offrire preziose informazioni sulle relazioni filogenetiche e sull'evoluzione cromosomica delle popolazioni correlate 8,14,18,19.
Il genere Lycoris , un gruppo diversificato e intrigante all'interno della famiglia Amaryllis, è noto per i suoi bulbi perenni. Composto da circa 20 specie, 15 delle quali endemiche della Cina, presenta una ricca biodiversità. Questo genere si trova esclusivamente nelle regioni temperate calde e subtropicali dell'Asia orientale, tra cui la Cina sud-occidentale, la Corea meridionale e il Giappone, con alcune popolazioni che si estendono fino all'India settentrionale e al Nepal20. I primi studi citogenetici hanno riguardato principalmente il conteggio dei cromosomi per stabilire il numero cromosomico di base del genere e per descrivere la morfologia cromosomica in popolazioni specifiche, concentrandosi in gran parte su Lycoris radiata21. Il numero totale di cromosomi osservato in questo genere varia da 12 a 33 o 44, rappresentando rispettivamente i livelli di diploidi, diploidi anormali, triploidi, tetraploidi e aneuploidi. I numeri cromosomici di base, x, sono 6, 7, 8 e 11.
Lycoris aurea (L'Hér.) L'erba, una specie notevole all'interno del genere Lycoris , è ampiamente distribuita in tutta la Cina22. Prospera in ambienti rilassati e umidi e si riproduce attraverso piccoli bulbi. Questi bulbi, contenenti licurina e galantamina, due composti medicinali chiave, sono stati utilizzati per secoli nella medicina tradizionale cinese. La Lycoris aurea affascina anche gli orticoltori con i suoi sorprendenti fiori rossi in autunno e le foglie sempreverdi in inverno. Tuttavia, la somiglianza morfologica tra tutti gli studi di Lycoris aurea (L'Hér.) Le popolazioni di erbe aromatiche rappresentano una sfida significativa per l'identificazione cromosomica con i metodi citologici convenzionali.
Il clonaggio di FISH, fosmide o BAC (cromosomi artificiali batterici) con sequenze ripetitive di DNA e sonde oligonucleotidiche su cromosomi metafasici o pachidermici è stato utilizzato per l'analisi del cariotipo23,24,25, l'analisi citogenetica comparativa26,27, la costruzione di mappe citogenetiche28,29 e i saggi cromosomici specifici30. Recentemente, la tecnica FISH è stata applicata all'analisi cromosomica delle popolazioni di Lycoris 31. Sebbene il numero cromosomico e il cariotipo varino nelle popolazioni di Lycoris, il numero totale di cromosomi rimane costante, con tre tipi fondamentali osservati: il cromosoma centromero centrale (M-), il cromosoma centromero distale (T-) e il cromosoma centromero prossimale (A-). Inoltre, nelle popolazioni naturali si osservano diverse forme e dimensioni dei cromosomi32.
L'ibridazione in situ a fluorescenza dell'RNA (FISH) è utile per rilevare i cambiamenti cromosomici, come la fusione del centromero, l'inversione, l'amplificazione genica e la delezione di frammenti. La tecnologia RNA-FISH (Fluorescence In Situ Hybridization) consente l'analisi visiva ad alta risoluzione dei cromosomi per rilevare e identificare molteplici cambiamenti complessi, tra cui la fusione delle regioni centrali dei cromosomi, la formazione di nuove strutture cromosomiche, l'inversione delle regioni cromosomiche, l'amplificazione di geni o frammenti genici e la perdita di sequenze geniche su specifiche regioni cromosomiche33. Cinque dei 500 cloni hanno mostrato forti segnali FISH sulla regione del centromero del cromosoma centrale (M-) ma non sul cromosoma distale del centromero (T-)34. L'esclusivo modello di distribuzione del segnale FISH su ciascun cromosoma ha permesso l'identificazione dei singoli cromosomi, che in precedenza era stata difficile nelle popolazioni di Lycoris utilizzando i metodi di colorazione tradizionali31. Attualmente, ci sono pochi studi sulla citogenetica molecolare di Lycoris aurea (L'Hér.) Herb, sottolineando l'urgente necessità di ulteriori ricerche in questo campo.
In questo studio, otto cromosomi in metafase ben differenziati di Lycoris aurea (L'Hér.) Le popolazioni di erbe sono state preparate utilizzando metodi di immersione enzimatica ed essiccazione alla fiamma (EMF). Per l'identificazione dei FISH sono stati utilizzati la colorazione CPD e le sonde di rDNA 45S e 5S. I cariotipi citogenetici molecolari dettagliati di queste popolazioni sono stati costruiti utilizzando dati combinati provenienti da misurazioni cromosomiche, bande fluorescenti e segnali FISH di rDNA 45S e 5S. Per ciascuna popolazione sono stati calcolati sei diversi indici di asimmetria cariotipica per identificare le relazioni cariotipiche tra di loro. La valutazione dei dati del cariotipo citogenetico molecolare ha fornito informazioni significative sulla differenziazione genomica e sulle relazioni evolutive delle otto popolazioni, rimodellando potenzialmente la comprensione dei cromosomi di Lycoris .