使用rDNA寡核苷酸探针进行FISH的中国菖蒲属（Lilium）十一种比较核型分析

菖蒲染色体的重要性：超越实验室的意义

园艺百合不仅是美丽的花卉和传统药材，还是帮助科学家理解新植物种如何产生及如何正确分类的遗传学模型。本研究透视了来自中国的十一种百合（许多用于食用或药用）细胞，考察其染色体的排列与标记。通过比较这些隐秘结构，作者澄清了哪些百合是真正的近亲，并为长期存在的百合亲缘关系争议提供了证据。

解开复杂的百合家族树

百合属（Lilium）约有125个物种，分布于北半球，中国是其主要多样性中心之一。一个多世纪以来，植物学家主要依据花形等外部性状将这些物种划分为若干天然小组。但相似的花形并不总意味着近亲关系，且对叶绿体和核基因组的遗传学研究有时给出相互冲突的结论。尤其是被称为Leucolirion的一个群体及其两个亚小组（6a和6b），以及来自中国西南和中部的若干物种，一直难以被自信地归位。

在染色体上读取条形码

为了解决这一问题，作者转向细胞遗传学——染色体的研究。所检十一种均具有相同的基本十二条染色体，二倍体通常表现为24条；两个人群的Lilium lancifolium为三倍体，具有36条染色体。显微镜下，每个物种均呈现两条较大染色体和十条较小染色体，但形状和长度的细微差异肉眼难以辨别。研究组因此精确测量染色体大小，并采用称为原位杂交荧光（FISH）的技术，将发光的DNA探针固定到特定的核糖体DNA（rDNA）区域，这些区域如同沿染色体的明亮条形码。

在百合基因组中发现模式

研究人员在每个物种的染色体上定位了两类rDNA——5S和35S。大多数百合具有一个5S位点和二至六个35S位点，且常位于特征性位置。例如，传统上被归入Leucolirion 6a亚小组的四个物种（L. leucanthum、L. sargentiae、L. sulphureum和L. regale）在相同染色体对上显示出非常相似的rDNA标记模式，指向它们之间的密切亲缘关系，尽管L. regale表现出一些额外的变化。相比之下，姊妹亚小组6b的物种和一些Sinomartagon百合显示出明显不同的rDNA排列，强调了这两组之间真实的分裂。在Leucolirion之外，强烈共享的模式将广泛栽培的L. lancifolium与L. pumilum和L. davidii联系在一起，这与早期基于DNA序列的研究将它们归为一组的结果相一致。

将测量转化为关系图谱

除了条形码位置外，研究组还量化了各核型的不对称性——既包括着丝粒（染色体“腰部”）的位置，也包括染色体长度的不均匀性。他们使用两个统计指数，MCA和CVCL，来捕捉这些特征，并将十一种在二维图中绘出。每个物种占据了不同位置，显示即便是表面相似的核型在精确测量下也能区分开来。随后进行的更广泛统计分析（主坐标分析）将这些百合分为两大簇，这与它们推断的进化历史相吻合。一簇包含L. pumilum、L. jinfushanense、L. brownii var. viridulum、L. regale，以及L. lancifolium和L. davidii的型态；另一簇包含L. leucanthum、L. sargentiae、L. sulphureum、L. henryi和L. rosthornii。

对百合命名和利用的意义

通过将详细的染色体测量与rDNA条形码图谱结合，本研究表明百合物种在核型上比以往认为的差异更大，且这些差异承载着明确的进化信号。就实际应用而言，这项工作支持将Leucolirion 6a亚小组视为百合属内的一个天然且界定良好的群体，这与近期的分类建议一致。对于育种者、草药从业者和保护规划者而言，更准确的亲缘关系图谱可指导杂交育种、保护遗传多样性，并确保药用与食用品种被正确识别和使用。

引用: Yang, YD., Jiang, XH., Zhang, BY. et al. Comparative karyotype analysis of eleven species of Lilium from China using FISH with rDNA oligo-probes. Sci Rep 16, 9446 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37297-1

关键词: 百合属, 染色体, 原位杂交荧光标记, 植物进化, 细胞分类学