浙江理工大学揭示石蒜减数分裂特征：地下的染色体“舞蹈”

发布时间：2026-01-24 11:36:30  浏览量：4

石蒜属（Lycoris）为多年生球根花卉，兼具观赏和药用价值，但其生殖发育特征，尤其是减数分裂尚不清楚。石蒜的减数分裂过程发生于地下的鳞茎中，较为独特，但这也为石蒜的生殖和遗传学研究带来了巨大困难。目前，石蒜属育种主要依赖无性繁殖，因此难以充分利用其遗传多样性。并且，自然杂交所产生的多倍体（如异源三倍体）虽具适应性优势，却普遍存在育性较低等局限性。因此，解析石蒜减数分裂特征对于理解其生殖发育特点以及人工育种具有重要意义。

图1 春出叶型石蒜属植物年生长发育进程示意图

近日，浙江理工大学任梓铭团队在Frontiers in Plant Science杂志发表题为“Meiosis in bulbous flower species Lycoris: dances underground”的研究性论文。该研究首次系统揭示了石蒜（二倍体与异源三倍体）减数分裂染色体的行为特征，发现二倍体石蒜存在染色体分离不稳定性以及进行非减数性减数分裂事件。同时，发现异源三倍体具有严重的染色体配对紊乱。

研究者发现，石蒜花药大小与减数分裂时期之间的关联在不同石蒜种间具有明显差异。通过对比二倍体石蒜（L. sprengeri和 L. aurea）的花药大小与减数分裂进程，发现L. aurea的花药在减数分裂各阶段均大于L. sprengeri，且花粉母细胞发育同步性较低。这一结果为后期精准采集花粉母细胞样本提供了参考。

图2 石蒜花粉母细胞减数分裂对应时期花药大小统计

染色体分析显示，二倍体石蒜虽能正常形成二价体，但在后期会出现染色体分离滞后以及不均等分离等现象，最终导致非整倍体配子产生。更关键的是，部分细胞在四分体阶段呈现三分体形态（一个二倍体小孢子+两个单倍体小孢子），暗示石蒜可能通过进行非减数性减数分裂产生多倍体配子。这一发现也为解析自然条件下多倍体石蒜形成提供了依据。

图3 二倍体石蒜存在雄性减数分裂不稳定性及减数分裂核重建现象

在异源三倍体品种L. chunxiaoensis和L. hupehensis中，染色体在粗线期出现大量未配对区域和环状结构，并且单价体频率极高（L. hupehensis达100%）。这种配对紊乱导致后期染色体分离异常，最终形成多分体以及花粉败育，从而导致三倍体石蒜结实率较低。

图4 异源三倍体石蒜品种表现出不同程度的减数分裂不稳定性

通过针对I型同源重组酶HEI10的免疫定位发现，L. sprengeri和L. aurea的I型交叉频率没有显著差异（平均每二价体3.0-4.0个交叉），但均表现出相较于其他物种更高的交叉水平。这一特征暗示石蒜具有较丰富的遗传多样性，对于其杂交育种具有重要意义。

图5 二倍体石蒜Ⅰ型交叉互换（CO）发生率无显著差异

研究团队与致谢

本研究由浙江理工大学球宿根花卉关键性状调控与种质创新实验室完成。浙江理工大学任梓铭副研究员为论文第一作者，研究生王敬茹、黄楠参与了该研究。作者感谢中南民族大学Arameiosis Lab课题组、浙江大学夏宜平教授、华中农业大学王艳平副教授，以及上海师范大学汪冲副教授在本研究开展过程中提出的宝贵建议。感谢国家自然科学基金、浙江省基础公益研究计划项目、浙江理工大学基本科研业务费青年专项等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2025.169159