石河子大學李鴻彬/孟狀團隊在苜蓿染色體演化領(lǐng)域取得系列研究進展

近期石河子大學生命科學學院李鴻彬/孟狀研究團隊在苜蓿染色體進化生物學研究領(lǐng)域取得系列進展，相關(guān)研究成果相繼發(fā)表在園藝學頂級期刊Horticulture Research。為苜蓿屬植物染色體遺傳變異、物種形成和基因組進化研究提供了理論依據(jù)和重要參考。

2024年9月，團隊在Horticulture Research期刊發(fā)表了

Oligo-FISH barcode chromosome identification system provides novel insights into the natural chromosome aberrations propensity in the autotetraploid cultivated alfalfa

2025年11月，團隊再次在Horticulture Research期刊發(fā)表了Chromosome-specific painting provides insights into the karyotype evolutionary direction and trajectory in the genusMedicago的研究論文，進一步解析了苜蓿屬物種間染色體核型特征、進化方向和歷史演化軌跡，為苜蓿屬物種形成和基因組進化研究奠定了重要基礎(chǔ)。

在植物進化中，近緣物種間染色體基數(shù)的分化普遍存在，但其演化方向是“從高到低”（降序）還是“從低到高”（升序）一直是學界爭議焦點。苜蓿（Medicago sativa L.）作為重要牧草作物，被譽為“牧草之王”。其所在的苜蓿屬更是植物進化研究的典型類群。長期以來，學界對苜蓿屬中 “x=8” 與 “x=7” 兩種基本染色體數(shù)的分化路徑爭論不休—究竟是 “x=8→x=7” 的降序進化，還是 “x=7→x=8” 的升序進化，這一核心問題始終缺乏直接證據(jù)支撐。為破解這一謎題，石河子大學孟狀課題組創(chuàng)新性地開發(fā)了苜蓿染色體特異性涂染標記，為每條染色體配備了“專屬追蹤器”，實現(xiàn)了對苜蓿屬物種染色體進化軌跡的精準追溯（圖1）。通過對紫花苜蓿復合體中x=8 材料（涵蓋二倍體和同源四倍體）的比較細胞學分析，發(fā)現(xiàn)紫花苜蓿復合體物種的染色體呈現(xiàn)出高度保守的共線性，未出現(xiàn)明顯的染色體重排，印證了x=8 苜蓿核型在進化過程中的穩(wěn)定性（圖1）。

而在對x=7 的南苜蓿（Medicago polymorpha）的研究中，團隊取得了關(guān)鍵突破：證實其染色體數(shù)從8 縮減至 7 的核心機制，是3、5、6 號染色體的大規(guī)模斷裂-融合事件，而非此前學界普遍認為的 “3 號與 7 號染色體簡單融合”（圖2）。這一發(fā)現(xiàn)糾正了苜蓿之前基因組假說的偏差，為解析苜蓿屬染色體基數(shù)分化提供了細胞學層面的明確證據(jù)。

圖1苜蓿染色體特異性涂染細胞學標記開發(fā)

圖2苜蓿（x=7和x=8）染色體重排現(xiàn)象及“下降式”進化方向

進一步整合染色體重排、rDNA 重塑和系統(tǒng)發(fā)育分析等證據(jù)，團隊鎖定了苜蓿屬核型進化的關(guān)鍵時間節(jié)點：約12 MYA的中新世中期，祖先核型 x=8 通過降序演化，逐步形成了 x=7 的類群。這一結(jié)論不僅解決了苜蓿屬進化的長期爭議，更首次從細胞學角度驗證了苜蓿屬物種核型“降序進化” 的合理性。此外，研究還基于系統(tǒng)發(fā)育和比較細胞學分析重建了苜蓿屬物種進化框架（圖3），系統(tǒng)揭示了苜蓿屬物種系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和染色體核型演化歷史軌跡，為苜蓿屬物種形成和基因組進化提供了重要參考依據(jù)。

圖3苜蓿屬物種系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系及染色體核型演化歷史軌跡

石河子大學為該論文第一完成單位，石河子大學生命科學學院孟狀副教授為論文通訊作者，李鴻彬教授、謝全亮教授和安徽師范大學生命科學學院左勝副教授為論文共同通訊作者，石河子大學生命科學學院2024級碩士研究生王偉為論文第一作者，2025級碩士研究生吳霞為論文共同第一作者。該工作得到了國家自然科學基金青年科學基金項目、新疆維吾爾自治區(qū)“天池英才”青年博士人才項目、石河子大學高層次人才科研啟動資金項目、兵團自然基金項目、石河子大學青年拔尖人才項目、兵團科技攻關(guān)項目、兵團科技創(chuàng)新人才項目等的資助。

通訊作者簡介:

孟狀，男，博士，1993.07，籍貫安徽，石河子大學生命科學學院副教授，碩士生導師，發(fā)育生物學研究生學位點負責人，遺傳學教研室主任，主要從事植物染色體進化生物學和基因組學研究；系新疆維吾爾自治區(qū)天池英才青年博士人才支持計劃獲得者，石河子大學青年拔尖人才計劃獲得者，已主持國自然青年科學基金項目（C類），新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團重點領(lǐng)域科技攻關(guān)計劃項目和面上項目等10項，榮獲新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團科技進步獎一等獎（10/15）、石河子大學2024年度突出貢獻獎、石河子大學研究生教育教學成果獎二等獎（3/6）、石河子大學生命科學學院2024年度科研先進個人各一項；已在The Plant Journal（2024）, Horticulture Research（2024, 2025）, Theoretical and Applied Genetics（2020）, The Crop Journal（2023）, Horticultural Plant Journal（2025）, Industrial Crops and Products（2023）和Genome Biology（2021）等國際著名SCI期刊上發(fā)表20余篇文章，其中通訊作者/第一作者身份發(fā)表12篇。多次受邀為Journal of Integrative Plant Biology, Horticulture Research、Plant Diversity和Industrial Crops and Products等中科院一區(qū)TOP期刊審稿。

第一作者簡介：

王偉，男，2002.03，籍貫云南，石河子大學生命科學學院2024級碩士研究生。于2025年榮獲研究生國家獎學金，目前以第一作者/共同第一作者身份在中科院一區(qū)TOP期刊Horticulture Research、Horticulture Plant Journal發(fā)表學術(shù)論文3篇。