Comparative molecular cytogenetic studies in the order Carnivora: mapping chromosomal rearrangements onto the phylogenetic tree

We have made a set of chromosome-specific painting probes for the American mink by degenerate oligonucleotide primed-PCR (DOP-PCR) amplification of flow-sorted chromosomes. The painting probes were used to delimit homologous chromosomal segments among human, red fox, dog, cat and eight species of the family Mustelidae, including the European mink, steppe and forest polecats, least weasel, mountain weasel, Japanese sable, striped polecat, and badger. Based on the results of chromosome painting and G-banding, comparative maps between these species have been established. The integrated map demonstrates a high level of karyotype conservation among mustelid species. Comparative analysis of the conserved chromosomal segments among mustelids and outgroup species revealed 18 putative ancestral autosomal segments that probably represent the ancestral chromosomes, or chromosome arms, in the karyotype of the most recent ancestor of the family Mustelidae. The proposed 2n = 38 ancestral Mustelidae karyotype appears to have been retained in some modern mustelids, e.g., Martes, Lutra, ktonyx, and Vormela. The derivation of the mustelid karyotypes from the putative ancestral state resulted from centric fusions, fissions, the addition of heterochromatic arms, and occasional pericentric inversions. Our results confirm many of the evolutionary conclusions suggested by other data and strengthen the topology of the carnivore phylogenetic tree through the inclusion of genome-wide chromosome rearrangements. Copyright (C) 2002 S. KargerAG, Basel.

High-density comparative BAC mapping in the black muntjac (Muntiacus crinifrons): Molecular cytogenetic dissection of the origin of MCR 1p+4 in the X1X2Y1Y2Y3 sex chromosome system

The black muntjac (Muntiacus crinifrons, 2n = 8 female/9 male) is a critically endangered mammalian species that is confined to a narrow region of southeastern China. Male black muntjacs have an astonishing X1X2Y1Y2Y3 sex chromosome system, unparalleled i

Molecular cytogenetic detection of paternal chromosome fragments in allogynogenetic gibel carp, Carassius auratus gibelio Bloch

In gynogenesis, sperm from related species activates egg and embryonic development, but normally does not contribute genetically to the offspring. In gibel carp, Carassius auratus gibelio Bloch, however, gynogenetic offspring often show some phenotypes apparently derived from the heterologous sperm donor. This paternal effect of allogynogenesis is outstanding in an artificial clone F produced by cold treatment of clone E eggs after insemination with blunt-nose black bream (Megaloabrama amblycephala Yin) sperm. Karyotype analysis revealed 5-15 supernumerary microchromosomes in different individuals of clone F in addition to 156 normal chromosomes inherited from the maternal clone E. A painting probe was prepared from the microdissected microchromosomes, and used to investigate the origin of these microchromosomes. Strong positive signals were detected on each microchromosomes of clone F and on 4 pairs of chromosomes in blunt-nose black bream, whereas no signals were detected on the chromosomes of clone E. This result indicates that some paternal chromosome fragments of blunt-nose black bream have been incorporated into the artificial clone F. Therefore, the manipulation of allogynogenesis may provide a unique method to transfer DNA between diverse species for fish breeding.

Flying lemurs – The 'flying tree shrews'? Molecular cytogenetic evidence for a Scandentia-Dermoptera sister clade

Background: Flying lemurs or Colugos (order Dermoptera) represent an ancient mammalian lineage that contains only two extant species. Although molecular evidence strongly supports that the orders Dermoptera, Scandentia, Lagomorpha, Rodentia and Primates form a superordinal clade called Supraprimates (or Euarchontoglires), the phylogenetic placement of Dermoptera within Supraprimates remains ambiguous. Results: To search for cytogenetic signatures that could help to clarify the evolutionary affinities within this superordinal group, we have established a genome-wide comparative map between human and the Malayan flying lemur (Galeopterus variegatus) by reciprocal chromosome painting using both human and G. variegatus chromosome-specific probes. The 22 human autosomal paints and the X chromosome paint defined 44 homologous segments in the G. variegatus genome. A putative inversion on GVA 11 was revealed by the hybridization patterns of human chromosome probes 16 and 19. Fifteen associations of human chromosome segments (HSA) were detected in the G. variegatus genome: HSA1/3, 1/10, 2/21, 3/ 21, 4/8, 4/18, 7/15, 7/16, 7/19, 10/16, 12/22 (twice), 14/15, 16/19 (twice). Reverse painting of G. variegatus chromosome-specific paints onto human chromosomes confirmed the above results, and defined the origin of the homologous human chromosomal segments in these associations. In total, G. variegatus paints revealed 49 homologous chromosomal segments in the HSA genome. Conclusion: Comparative analysis of our map with published maps from representative species of other placental orders, including Scandentia, Primates, Lagomorpha and Rodentia, suggests a signature rearrangement (HSA2q/21 association) that links Scandentia and Dermoptera to one sister clade. Our results thus provide new evidence for the hypothesis that Scandentia and Dermoptera have a closer phylogenetic relationship to each other than either of them has to Primates.

组织培养产生小麦族属间易位和其它染色体变异的分子细胞遗传学分析

组织培养能够诱导染色体断裂和重接进而产生染色体易位的观点已被广泛认识。大量的研究注意到了组织培养产生的核型不稳定性，其中大多数研究的对象是栽培作物及其属间或种间杂种幼胚和幼穗再生植株。借助于减数分裂分析、染色体分带和其它检测技术，在再生植株中发现了包括易位在内的许多染色体变异。可以相信，除了传统的同源和部分同源染色体配对时的自发易位和辐射诱变等方法以外，远缘杂种组织培养有可能作为产生染色体易位的又一种选择。尽管如此，至今还没有取得培养细胞中染色体易位的直接证据。本研究以普通小麦×硬粒小麦-簇毛麦双二倍体杂种为材料，研究了组织培养过程中离体细胞的染色体变异，用基因组原位杂交技术（GISH）证实组织培养诱导小麦染色体与簇毛麦染色体发生易位。同时，研究了小麦×黑麦杂种培养细胞中的染色体变异和黑麦B-染色体的变化。利用组织培养技术获得了小麦-黑麦和小麦-长穗偃麦草代换系和附加系。 1 普通小麦比较容易与硬粒小麦-簇毛麦双二倍体TH_1和TH_1W杂交，所选的9个普通小麦品种或品系与TH_1和TH_1W配制的19个杂交组合，平均结实率为46.7%，共计获得19个杂交组合2316粒杂种种子。正反交结果表明，以普通小麦为母本的杂交结实率高于反交结实率。在继代培养过程中，杂种幼胚愈伤组织生长迅速，甚至直接诱导出绿苗，共获得不同杂交组合2005株再生植株。 2 普通小麦与硬粒小麦-簇毛麦双二倍体杂种愈伤组织发生了比较大范围的染色体数目和结构变异。在检查的中国春×TH_1W、TH_1W×84加7911515、TH_1×84加7911515、TH_1W×91E27、鲁资357×TH_1W等5个杂种组合的1730个愈伤组织细胞中，平均有19.1%的细胞发生了染色体数目变异，不同杂交组合变化在12.7%（中国春×TH_1W）至30.7%（TH_1×84加7911515），其中，以染色体数目减少的变异为主，数目增加的变异比较少。杂种愈伤组织平均有6.3%的细胞发生了染色体断裂，产生染色体断片、环状染色体、端着丝点染色体和缺失染色体。断裂的染色体可能重新融合在一起，形成双着丝点染色体。 3 培养时间影响普通小麦×硬粒小麦-簇毛麦双二倍体和普通小麦×黑麦杂种愈伤组织细胞中的染色体数目和结构变异。在一定时间里，随着培养时间的延长，未发生核型变异的细胞逐渐减少，发生变异的细胞逐渐增多，主要表现在染色体数目减少的细胞增多，而染色体数目增加的细胞有减少的趋势。在长时间培养（190日龄）的愈伤组织中染色体加倍的细胞消失了，表明长时间培养对高倍性的细胞具有不利的选择，使这类细胞难以在长期继代培养中生存下去。愈伤组织在第一次继代培养时就发现有核型变异，说明染色体变异在愈伤组织培养初期就可以发生。 4 以簇毛麦总基因组DNA为探针，采用荧光原位杂交技术在普通小麦×硬粒小麦-簇毛麦双二倍体杂种愈伤组织细胞中发现小麦染色体与簇毛麦染色体发性易位，这一结果是组织培养诱导培养细胞中属间染色体易位的第一个直观的证据。易位的染色体既有臂间易位，也有小片段易位。易位的染色体不仅可以在愈伤组织细胞中存在，也能够在再生植株中表达。在64株中国春×TH_1W和NPFP×TH_1再生植株中，观察到了3个易位株，其中1个易位株是一个小麦染色体与一个簇毛麦染色体发生了相互易位，易位的簇毛麦染色体片段比较小，大约为簇毛麦染色体臂的1/2，而易位的小麦染色体大约是臂长的1/3，另外2个易位株染色体断点位于或靠近着丝点。本研究的结果再次证实了利用组织培养能够创造小麦与外源染色体之间发生易位。 5 ~(60)Co γ-射线辐射处理对于普通小麦中国春与硬粒小麦-簇毛麦双二倍体TH_1W杂种愈伤组织细胞的染色体变异有很大的影响。表现在未发生变异的细胞大大减少，发生染色体数目变异的细胞急剧增加，主要是染色体数目减少的变异提高了21.3%，相反染色体增加的变异不但没有增加，而且还有所减少。经过辐射处理的愈伤组织细胞染色体结构变异也有大幅度增加，变异频率提高，变异类型增加。发生染色体断裂和重接形成双着丝点染色体的细胞频率达到22.3%，比对照提高13.9%。辐射诱变对培养细胞中簇毛麦染色体变异发生明显的影响。与此同时，簇毛麦染色体与小麦染色体易位频率比对照提高了近2倍。观察结果还表明愈伤组织辐射处理比延长培养时间诱导染色体变异的效果更好。 6 尽管愈伤组织中发生的染色体变异在再生植株中多有发现，但是，只有比较小范围染色体变异的愈伤组织细胞具有再生能力形成再生植株，那些发生剧烈变异的细胞通常不具有再生能力，因而不能在再生植株中得到表达。普通小麦与硬粒小麦-簇毛麦双二倍体杂种大多数再生植株染色体数目与供体杂种保持一致，只有少数植株发生染色体数目变异。显然，发生较大染色体变异的愈伤组织细胞在增殖和分化过程中处于不利的地位，逐渐被淘汰。 7 在普通小麦与硬粒小麦-簇毛麦与黑麦杂种愈伤组织中，观察到相当高频率的染色体加倍细胞，为利用组织培养创造双二倍体提供了一种可能。但是，加倍的细胞只是培养初期的愈伤组织中出现，经过一段时间的培养，这种细胞大多消失了。而且，大多数再生植株染色体数目未发生加倍，其中并没有出现期望的双二倍体植株。表明加倍了的细胞在愈伤组织生长和分化过程中大范围变异的细胞一样受到不利的选择，再生能力比较差。因此，利用组织培养创造双二倍体需要更大的努力。 8 一些黑麦品种含有数目不等的B-染色体。B-染色体的多少对普通小麦与黑麦的杂交结实率有比较大的影响，数目越多，杂交结实率越低。在培养初期的愈伤组织细胞中，B-染色体的频率很高，例如69%的中国春×芬7416杂种的40日龄愈伤组织细胞中含有数目不等的B-染色体。常染色体的倍性影响B-染色体的分布，染色体数目加倍的双二倍体细胞中含多数B-染色体的细胞频率大大高于单倍体细胞。经过一段时间的培养之后，绝大多数B-染色体都不存在了，只有极少数细胞含有1个B-染色体。可能的原因是离体培养过程对B-染色体产生了不利的选择。 9 利用组织培养技术，从普通小麦与八倍体小黑麦杂种幼胚再生植株自交后代中选育出2个异代换系，从4D缺体小麦×八倍体小黑麦再生植株回交后代中选育出1个附加系。荧光原位杂交、C-分带和种子贮藏蛋白分析证明这两个代换系1D/1R代换，附加的也是1R染色体。从4D缺体小麦与八倍体小偃麦杂种再生植株自交和回交后代中选育出5个代换系和2个附加系。染色体配对和RAPD分析证实了长穗偃麦草染色质的存在。其中一些小麦-长穗偃麦草代换系和附加系对叶锈病免疫或高抗，对条锈病的一些生理小种和白粉病具有比较高的抗性。而且，附加系924和代换系807蛋白质含量分别达到19.32%和18.83%。 10 当普通小麦鲁资357与硬粒小麦-簇毛麦双二倍体杂交时，无论是实生苗还是再生植株都发生杂种致死现象。细胞学观察没有发现植株染色体发生变异，荧光原位杂交表明簇毛麦染色也没有发生可见的变异。推测这种杂种致死现象是由于鲁资357和硬粒小麦81086A（TH_1和TH_1W的硬粒小麦亲本）中可能分别带有互补的杂种致死基因所致。

A COMPARATIVE-STUDY OF KARYOTYPES OF MUNTJACS BY CHROMOSOME PAINTING

We have used a combination of chromosome sorting, degenerate oligonucleotide-primed polymerase chain reaction (DOP-PCR), chromosome painting and digital image capturing and processing techniques for comparative chromosome analysis of members of the genus Muntiacus. Chromosome-specific ''paints'' from a female Indian muntjac were hybridised to the metaphase chromosomes of the Gongshan, Black, and Chinese muntjac by both single and three colour chromosome painting. Karyotypes and idiograms for the Indian, Gongshan, Black and Chinese muntjac were constructed, based on enhanced 4', 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) banding patterns. The hybridisation signal for each paint was assigned to specific bands or chromosomes for all of the above muntjac species. The interspecific chromosomal homology was demonstrated by the use of both enhanced DAPI banding and comparative chromosome painting. These results provide direct molecular cytogenetic evidence for the tandem fusion theory of the chromosome evolution of muntjac species.

Defining the orientation of the tandem fusions that occurred during the evolution of Indian muntjac chromosomes by BAC mapping

The Indian muntjac (Muntiacus muntjak vaginalis) has a karyotype of 2n=6 in the female and 7 in the male, the karyotypic evolution of which through extensive tandem fusions and several centric fusions has been well-documented by recent molecular cytogenetic studies. In an attempt to define the fusion orientations of conserved chromosomal segments and the molecular mechanisms underlying the tandem fusions, we have constructed a highly redundant (more than six times of whole genome coverage) bacterial artificial chromosome (BAC) library of Indian muntjac. The BAC library contains 124,800 clones with no chromosome bias and has an average insert DNA size of 120 kb. A total of 223 clones have been mapped by fluorescent in situ hybridization onto the chromosomes of both Indian muntjac and Chinese muntjac and a high-resolution comparative map has been established. Our mapping results demonstrate that all tandem fusions that occurred during the evolution of Indian muntjac karyotype from the acrocentric 2n=70 hypothetical ancestral karyotype are centromere-telomere (head-tail) fusions.

中国翼手目六个类群的比较分子细胞遗传学研究

翼手类(Order Chiroptera)是哺乳动物中最为神秘的类群之一。它们也是哺乳动物中唯一真正具有空中飞翔能力的动物，而且多数物种还具有回声定位功能。翼手目分布十分广泛，除南极洲之外全球几乎任何地方都有分布，其数量约占整个哺乳动物种类的20％。然而，有关该类群的许多系统发育假说仍存有争议，至今其进化历史还不是很清楚，并且形态和分子研究所得出的结论经常不一致。近年来分子细胞遗传学的发展,特别是比较染色体涂色及其相关技术的应用，使人们可以快速、准确地鉴定种间的同源染色体（或同源染色体片段）。根据构建的染色体同源图谱及外群比较可确定一些细胞遗传学特征，并将其用于系统发育研究。虽然比较染色体涂色技术已广泛应用在哺乳动物的核型进化和系统发育研究中，但是在翼手目中却相当滞后。到目前为止，仅有少数蝙蝠物种有染色体涂色数据。 本研究分别利用三叶小蹄蝠（蹄蝠科）、大鼠耳蝠（蝙蝠科）及人的染色体特异性涂色探针，通过种间染色体涂色，首次比较系统的构建了狐蝠科（3种）、菊头蝠科（6种）、蹄蝠科（4种）、假吸血蝠科（1种）、鞘尾蝠科（1种）和犬吻蝠科（2种）共6个科17种蝙蝠间的染色体同源图谱，并将它们与已发表的染色体图谱进行整合。我们的结果不仅揭示了这些物种间的核型进化关系及其核型进化的主要机制，而且加深了我们对整个翼手目系统发育关系的认识。研究结果表明： 1） 长舌果蝠亚科和狐蝠亚科的果蝠部分物种的核型（2n = 36）可能代表了整个狐蝠科的祖先形式，而狐蝠亚科的犬蝠部分物种的核型属于衍生形式。2） 整臂保守性广泛存在于菊头蝠属物种的核型进化中，罗伯逊易位是其核型进化的主要方式。此外，整臂的相互易位也可能在其中起一定的作用。 3） 蹄蝠科核型进化的主要机制为罗伯逊易位和臂内倒位。而臂内倒位和异染色质扩增在蹄蝠属的物种形成中可能起了非常重要的作用。 4） 与蹄蝠属相比，三叶蹄蝠属物种的核型中可能包含更多的祖先染色体或染色体片段；中蹄蝠与大蹄蝠具有较近的亲缘关系；与中蹄蝠和大蹄蝠相比，小蹄蝠的核型较为原始。 5） 犬吻蝠科内来自不同属但具有相同二倍染色体数目的物种间核型非常保守；该科物种核型间的差异主要是由倒位和异染色质的分布引起的。 6） 菊头蝠超科的菊头蝠科、蹄蝠科和假吸血蝠科具有较近的亲缘关系，并且它们与大蝙蝠亚目的狐蝠科共有一些细胞遗传学特征，进一步支持了小蝙蝠亚目双系起源的观点。

三株肺癌细胞株的分子细胞遗传学研究

本课题采用流式细胞分选和双向及多色的染色体涂色等技术，详细地分析了三株非小细胞肺癌细胞系（YTMLC-90、GLC-82和A549）核型的异同，以揭示其核型特点，并希望能够找到三株细胞系共有的染色体断裂位点和可能发生的基因重组。染色体涂色技术揭示了三株细胞复杂的染色体数目和结构畸变。引人注目的是YTMLC-90和GLC-82具有相似且保守的核型，其中GLC-82的核型与其刚建立时的核型相比几乎没有发生改变。这与A549 的核型特点差别迥异。YTMLC-90 和GLC-82都有23 条异常染色体，除了i (5p) 有3个拷贝外，其余均为单拷贝；A549 有13条衍生染色体。在这三株细胞中，含有两个共有的断裂位点：HSA12q13 和 8q24.1。通过对NCBI的CancerChromosome数据库进行数据挖掘，发现8个可能的肿瘤相关基因位于这两个位点，其中3个已经被证实是肿瘤相关基因，其它5个基因可能是潜在的肿瘤抑制基因，需要进一步的实验来验证。

翼手目四个类群的比较分子细胞遗传学研究

翼手类(Order Chiroptera)是现生哺乳动物中唯一真正具有空中飞翔能力的动物；同时，它也是哺乳动物中为数不多的具有回声定位功能的几个分类类群之一。现存的翼手目动物约有1100种，占整个哺乳动物种类的20％以上，是哺乳动物中仅次于啮齿目的第二大目。尽管对于翼手目系统发育已经进行了大量的形态学和分子系统学等方面研究，但是翼手目中主要类群的系统发育关系尚存在着许多争议。进化过程中发生的染色体重排在揭示物种的系统发育关系中起到非常重要的作用。种间染色体涂色可以准确、快速、直观地鉴定物种进化过程中发生的大规模染色体重排，已成为在全基因组水平上比较研究哺乳动物核型多样性及其起源和演化的首选方法。利用染色体涂色可以构建不同物种间的比较染色体图谱，通过分析进化过程中保守的染色体片段在不同类群物种核型中的分布和排列方式，可以推导各类群可能的祖先核型，并重建伴随物种形成所发生的基因组变化历史，包括染色体重排的类型、速率和核型演化的趋势。但是，目前关于翼手目染色体涂色研究还很少，至今仍不能为翼手目各级分类水平上的系统发育关系研究提供系统完整的细胞遗传学证据。本研究利用大鼠耳蝠染色体特异涂色探针，通过种间染色体涂色，首次构建了狐蝠科、菊头蝠科、蹄蝠科和蝙蝠科代表物种间的比较染色体同源图谱，并且将它们与之前发表的用人的染色体探针构建的比较染色体图谱进行整合。通过分析这些物种之间保守染色体片段的分布，推测翼手目动物在核型进化过程中所发生的染色体重排的类型和数量，以期为研究翼手目的系统发育关系提供细胞遗传学证据。研究结果表明： 1. 翼手目动物的大多数染色体臂具有高度保守性，罗伯逊易位是其核型进化的主要机制。此外，倒位也是翼手目染色体进化过程中常见的染色体重排方式。 2. 小蝙蝠亚目的菊头蝠科和蹄蝠科与大蝙蝠亚目的狐蝠科亲缘关系更为接近，而与小蝙蝠亚目其它科的亲缘关系较远。 3. 菊头蝠科和蹄蝠科应该各自作为独立的科，但这两个科拥有一个共同的细胞遗传学衍生特征，这一特征在翼手目其它科中并未发现，表明它们之间有非常紧密的系统发育关系。 4. 菊头蝠科的祖先核型可能并不是前人所推测的全由端着丝粒染色体构成的2n＝62的核型；很有可能是包含有双臂染色体的，2n低于62的核型。 5. 三叶小蹄蝠比中蹄蝠保留更多的祖先染色体特征，其核型蹄蝠科中较为原始的核型。 6. 着丝粒融合是蝙蝠科物种核型演化的主要机制。蝙蝠科的祖先核型并不是类似于2n=44鼠耳蝠的核型，而可能更类似于棕蝠的2n＝50核型，由全端着丝粒染色体构成。 7. 除着丝粒融合外，异染色质的扩增也是蝙蝠科扁颅蝠属和山蝠属的染色体进化方式之一。 8. 绒山蝠与三种亚洲的伏翼共有两个同源染色体片段联合（MMY 8＋11和9＋13）,提示蝙蝠科的山蝠属和伏翼属有非常紧密的亲缘关系。 9. MMY 9 + 23和MMY 18＋19 这两个保守的同源染色体片段联合是蝙蝠科扁颅蝠属的细胞遗传学鉴定特征。 通过翼手目这些动物的染色体涂色研究，我们不但在全基因组的水平上揭示了翼手目几个主要类群代表动物的核型系统发育关系，而且所构建的比较染色体图谱将有助于基因组的序列信息从已测序物种（人）向序列信息较少的翼手目物种转移，这些研究结果也可以为翼手目的分类、物种鉴定、系统发育关系和生物医学研究（如SARS病毒）等提供基础性资料。

Cross-species chromosome painting unveils cytogenetic signatures for the Eulipotyphla and evidence for the polyphyly of Insectivora

Insectivore-like animals are traditionally believed among the first eutherian mammals that have appeared on the earth. The modern insectivores are thus crucial for understanding the systematics and phylogeny of eutherian mammals as a whole. Here cross-spe