近日，河南省农业科学院中药材研究所杨铁钢研究员团队在《Horticulture Research》（中科院一区Top期刊，IF=9.5）在线发表了题为《Chromosome fusion, rearrangement, and polyploidization drive genome evolution in Artemisia》的研究论文。该研究明确了x=9是蒿属的祖先染色体基数，证实了艾草为高度二倍化的同源四倍体，解析了21份蒿属种质的核型进化路径，同时发现倍性变异可显著调控艾绒长度和药用代谢物积累，为蒿属物种分类、基因组进化研究提供了核心细胞学证据，也为艾草优良品种培育提供了新的种质资源和理论支撑。

蒿属（Artemisia）是菊科物种数量最多、分类最复杂的类群之一，包含青蒿、艾草、矮蒿等大量具有极高药用、生态和经济价值的物种，长期以来该属存在分类边界模糊、染色体变异复杂、基因组进化关系不明确的问题，尤其是核心药用物种艾草的倍性起源、10号染色体融合时间等核心科学问题一直存在争议，严重制约了蒿属资源的保护利用和艾草的遗传改良。

图1  蒿属基因组染色体结构变异

图2  蒿属基因组核型进化特征

图3  八倍体和非整倍体艾草染色体鉴定和表型

本研究基于艾草参考基因组，开发了9个蒿属染色体通用的单拷贝寡核苷酸探针库，建立了蒿属植物单染色体特异涂染技术。利用该技术与FISH核型分析，实现了蕲艾基因组序列图染色体与其实际核型染色体的精准对应，首次观测到了艾草10号染色体源于8、9号染色体融合。通过有丝分裂与减数分裂染色体涂染证实了艾草为同源四倍体，而野艾蒿可能是其原始祖先种。进一步对21份蒿属植物进行染色体涂染，建立了它们的染色体部分同源群比较核型，结果表明x=9是蒿属植物的祖先染色体基数。根据比较核型染色体结构变异，推断这些物种可能起源于四种18条祖先染色体的核心核型类型。在染色体融合、重排及多倍化作用驱动下，上述核心核型进一步演化形成了本文所研究的21种蒿属植物基因组。同时，该团队通过染色体加倍技术，成功创制出一个染色体数目为88条的非整倍体艾草新材料，该材料相对于普通艾草对照具有长艾绒和富含黄酮类、萜类化合物等有用药用成分。并且实验证明染色体倍性变异可调控艾草艾绒长度与次生代谢物积累水平，进而显著改变艾草的药用品质与利用价值。

我院中药材研究所科研助理李丽娜为论文第一作者，杨铁钢研究员为通讯作者。南京农业大学王海滨教授也参与了本项目研究。本研究得到了国家中药材产业技术体系（CARS-21）、河南中药材产业技术体系（HARS-22-11-G3）等项目的资助。

文章链接：https://academic.oup.com/hr/advance-article/doi/10.1093/hr/uhag329/8749924