Lycoris to rodzina, która obejmuje kilka ważnych roślin ogrodniczych1. Lycoris aurea (L'Hér.) Zioło. to tradycyjna chińska roślina lecznicza o długiej historii. Analiza fitochemiczna wykazała, że Lycoris aurea (L′Her.) Zioło zawiera galantaminę i inne alkaloidy, które mogą zwiększać wrażliwość na acetylocholinę i mieć potencjał w leczeniu choroby Alzheimera jako inhibitory cholinoesterazy2.
U roślin wyższych, analiza kariotypu jest kluczowa dla integracji map genetycznych i fizycznych, co ma znaczące praktyczne implikacje dla biologii roślin. Analiza ta pozwala na charakterystykę genomu na poziomie chromosomów, wyjaśnienie komórkowych relacji taksonomicznych między populacjami, identyfikację aberracji genetycznych i zrozumienie trendów ewolucji chromosomów3,4,5. Zazwyczaj opis kariotypu obejmuje liczbę chromosomów, bezwzględne i względne długości chromosomów, pierwotne i wtórne lokalizacje zwężeń, rozkład fragmentów heterochromatycznych, numery i lokalizacje miejsc rDNA oraz inne cechy sekwencji DNA, a także asymetrię kariotypu6,7,8. Wśród parametrów kariotypu asymetrię determinują zmiany długości chromosomów (asymetria międzychromosomowa) i położenia centromerów (asymetria wewnątrzchromosomowa). Asymetria kariotypu jest istotną cechą odzwierciedlającą morfologię chromosomów i jest szeroko stosowana w taksonomii komórek roślinnych9,10,11,12.
Często brak markerów chromosomowych ogranicza analizę kariotypu i utrudnia identyfikację poszczególnych chromosomów. W ostatnich latach barwienie Giemsa, pasmowanie fluorescencyjne i fluorescencyjna hybrydyzacja in situ (FISH) stały się popularne w analizie chromosomów roślin. Metody barwienia podwójnie fluorescencyjnego, takie jak barwienie CMA (chromomycyna A3) / DAPI (4, 6-diamino-2-fenyloindol) i barwienie PI (jodek propylu) / DAPI (znane jako barwienie CPD), ujawniają bogate w GC i AT heterochromatyczne regiony na chromosomach4,13. Podczas metafazy lub pachytenu mitozy roślin, powtarzające się sekwencje DNA lub długie segmenty DNA mogą generować specyficzne sygnały w populacjach roślin poprzez hybrydyzację FISH14,15,16.
Fluorescencyjne pasma i sygnały FISH dostarczają użytecznych markerów do identyfikacji chromosomów. Mierząc długość chromosomów, analizując charakterystykę pasm fluorescencyjnych i porównując różnice w sygnale FISH, można skonstruować szczegółowe molekularne kariotypy cytogenetyczne różnych plazm zarodkowych lub populacji roślin. Te kariotypy skutecznie wyświetlają morfologię chromosomów w różnych plazmach zarodkowych lub populacjach, umożliwiając porównanie dystrybucji heterochromatyny i lokalizacji sekwencji DNA oraz zachęcając do dalszych badań4,8,17. Porównania molekularnych kariotypów cytogenetycznych mogą dostarczyć cennych informacji na temat powiązań filogenetycznych i ewolucji chromosomów w powiązanych populacjach8,14,18,19.
Rodzaj Lycoris, różnorodna i intrygująca grupa w rodzinie Amaryllis, znana jest ze swoich wieloletnich cebulek. Składa się z około 20 gatunków, z których 15 jest endemicznych dla Chin, i prezentuje bogatą różnorodność biologiczną. Ten rodzaj występuje wyłącznie w ciepłych umiarkowanych i subtropikalnych regionach Azji Wschodniej, w tym w południowo-zachodnich Chinach, południowej Korei i Japonii, z kilkoma populacjami rozciągającymi się na północne Indie i Nepal20. Wczesne badania cytogenetyczne obejmowały przede wszystkim liczenie chromosomów w celu ustalenia podstawowej liczby chromosomów rodzaju i opisania morfologii chromosomów w określonych populacjach, koncentrując się głównie na Lycoris radiata21. Całkowita liczba chromosomów obserwowana w tym rodzaju waha się od 12 do 33 lub 44, reprezentując odpowiednio poziomy diploidalne, nieprawidłowe diploidalne, triploidalne, tetraploidalne i aneuploidalne. Podstawowe liczby chromosomów, x, to 6, 7, 8 i 11.
Lycoris aurea (L'Hér.) Zioło, godny uwagi gatunek z rodzaju Lycoris, jest szeroko rozpowszechniony w Chinach22. Rozwija się w zrelaksowanym, wilgotnym środowisku i rozmnaża się przez małe cebulki. Żarówki te, zawierające likoninę i galantaminę - dwa kluczowe związki lecznicze - były stosowane w tradycyjnej medycynie chińskiej od wieków. Lycoris aurea urzeka również ogrodników efektownymi czerwonymi kwiatami jesienią i wiecznie zielonymi liśćmi zimą. Jednak podobieństwo morfologiczne u wszystkich badanych Lycoris aurea (L'Hér.) Populacje ziół stanowią poważne wyzwanie dla identyfikacji chromosomów przy użyciu konwencjonalnych metod cytologicznych.
Klonowanie FISH, fosmid lub BAC (bakteryjne sztuczne chromosomy) z powtarzającymi się sekwencjami DNA i sondami oligonukleotydowymi na chromosomach metafazowych lub pachydermatycznych zostało użyte do analizy kariotypu23,24,25, porównawcza analiza cytogenetyczna26,27, budowa mapy cytogenetycznej28,29, oraz testy specyficzne dla chromosomów30. Ostatnio technika FISH została zastosowana do analizy chromosomów populacji Lycoris31. Chociaż liczba chromosomów i kariotyp różnią się w populacjach Lycoris, całkowita liczba chromosomów pozostaje stała, przy czym obserwuje się trzy podstawowe typy: centralny chromosom centromerowy (M-), dystalny chromosom centromerowy (T-) i proksymalny chromosom centromeru (A-). Ponadto w naturalnych populacjach obserwuje się różne kształty i rozmiary chromosomów32.
Fluorescencyjna hybrydyzacja in situ (FISH) jest przydatna do wykrywania zmian chromosomalnych, takich jak fuzja centromerów, inwersja, amplifikacja genów i delecja fragmentów. Technologia fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (RNA-FISH) umożliwia analizę wizualną chromosomów w wysokiej rozdzielczości w celu wykrycia i identyfikacji wielu złożonych zmian, w tym fuzji centralnych regionów chromosomów, tworzenia nowych struktur chromosomowych, odwrócenia regionów chromosomowych, amplifikacji genów lub fragmentów genów oraz utraty sekwencji genów w określonych regionach chromosomowych33. Pięć z 500 klonów wykazywało silne sygnały FISH w regionie centromeru centralnego chromosomu centromeru (M-), ale nie na dystalnym chromosomie centromeru (T-)34. Unikalny wzorzec dystrybucji sygnału FISH na każdym chromosomie umożliwił identyfikację pojedynczych chromosomów, co wcześniej stanowiło wyzwanie w populacjach Lycoris przy użyciu tradycyjnych metod barwienia31. Obecnie istnieje niewiele badań nad cytogenetyką molekularną Lycoris aurea (L'Hér.) Zioło, podkreślając pilną potrzebę dalszych badań w tej dziedzinie.
W tym badaniu, osiem dobrze zróżnicowanych chromosomów metafazowych Lycoris aurea (L'Hér.) Populacje ziół przygotowano przy użyciu metod zanurzenia enzymatycznego i suszenia płomieniowego (EMF). Do identyfikacji FISH użyto barwienia CPD oraz sond rDNA 45S i 5S. Szczegółowe molekularne kariotypy cytogenetyczne tych populacji zostały skonstruowane przy użyciu połączonych danych z pomiarów chromosomów, prążków fluorescencyjnych oraz sygnałów 45S i 5S rDNA FISH. Dla każdej populacji obliczono sześć różnych wskaźników asymetrii kariotypowej, aby zidentyfikować relacje kariotypowe między nimi. Ocena danych dotyczących kariotypu cytogenetycznego dostarczyła istotnych informacji na temat różnicowania genomowego i powiązań ewolucyjnych ośmiu populacji, potencjalnie zmieniając wiedzę na temat chromosomów Lycoris.