桑树是桑科(Moraceae)桑属(Morus)的多年生经济林木。除栽桑养蚕外,桑树还有较多食用和药用等价值。桑树的抗逆性在防风固沙及生态治理中发挥一定的作用。染色体的研究对于解析物种的起源、进化和亲缘关系等具有重要参考价值。桑树的染色体研究比较薄弱,目前仍集中于染色体计数和倍性鉴定等,缺少系统的核型分析。其主要原因是桑树染色体(除川桑和滇桑)均为点状,制备困难。荧光原位杂交技术在桑树中的应用已有报道,但只能鉴定部分染色体,未能系统分析桑树染色体核型,致使桑树染色体研究进展缓慢。川桑基因组测序的完成为桑树分子细胞遗传学研究提供了平台。利用川桑单拷贝序列和rDNA序列探针,系统鉴定了川桑中期和终变期染色体。根据终变期染色体相对长度对其进行编号,构建了川桑的中期和终变期核型。分析川桑体细胞中期染色体组和终变期染色体组数目的差异,发现川桑中存在染色体融合与断裂循环。进一步研究证实了该现象在桑树中普遍存在。继而对四倍体桑伦教109参与染色体融合与断裂循环的终变期1号染色体进行微分离并构建了染色体特异小片段文库,尝试解读桑树染色体融合与断裂循环的发生和进化机制。主要研究结果如下:1、川桑中期和终变期染色体的核型分析基于川桑基因组数据库筛选获得长度大于10kb的单拷贝序列探针(morus027496、morus027717、morus026579和SSR2524),并结合前人研究获得的5S和25S rDNA探针,利用荧光原位杂交技术鉴定川桑中期和终变期染色体。14条中期染色体都有1个探针的信号定位,除了1号和4号染色体在形态上容易区分外,2号和3号染色体依据信号定位位置差异获得鉴定,3对点状染色体根据信号模式和形态差异也获得区分并编号。川桑终变期染色体只有6个二价体,且较中期染色体展现出更多的形态特征,如3号终变期染色体出现明显主缢痕,终变期5号染色体形态特异如同宝葫芦等。基于染色体形态特征和FISH信号模式,统计获得了川桑终变期染色体的相对长度。综合以上信息,绘制了川桑中期和终变期染色体的核型图。2、桑树染色体融合与断裂循环川桑中期染色体组和终变期染色体组数目存在差异。为此,使用存在信号定位模式多态性的25S rDNA探针追踪川桑减数分裂和有丝分裂过程中染色体的变化,以探明染色体数目变化的过程。在减数分裂过程中,5号和7号染色体在细线期各自分开,有4个25S rDNA信号位点;偶线期染色体发生联会,信号数目减半;粗线期染色体联会完成,而25S rDNA的信号数目变为1个;随后,25S rDNA的信号随着染色体的分离而分离,无拖尾等染色体异常现象。因此,中期5号和7号染色体在细线期到粗线期期间发生染色体融合。针对3株成年川桑体细胞染色体数目的统计研究发现有11~20%体细胞的染色体数目为12,为配子染色体数目的二倍。推测染色体在形成合子后逐渐发生断裂至大多数体细胞的染色体数目为14条。暗示川桑中存在一个独特的染色体融合与断裂循环,染色体的融合发生介于细线期到粗线期,断裂发生于形成合子后的整个生命周期。将25S rDNA探针定位到多倍体桑树的染色体上,结果发现在四倍体桑树中期染色体中,其信号位点数目有2、3和4个,终变期和粗线期染色体中信号位点均只有1个,与川桑中的信号模式相一致。更高倍性桑树的中期染色体上信号数目亦存在多态性。25S rDNA信号定位的位置同川桑,所有测试桑资源中均有信号在染色体端部定位的点状染色体和在染色体中部定位的大点状染色体。因此,染色体融合与断裂循环在桑树中应普遍存在。3、桑树染色体微分离及染色体融合与断裂循环的机制探索川桑中参与染色体融合与断裂循环的终变期5号染色体与终变期4号染色体大小接近,不易区分。多倍体桑中参与染色体融合与断裂循环的是最大的终变期1号染色体,形态上极易区分。四倍体桑树染色体数目相对较少。本研究选用伦教109(2n=28)终变期1号染色体为研究对象研究桑树中染色体融合与断裂循环的机制。通过染色体微分离技术分离得到50条伦教109的终变期1号染色体,经单细胞扩增试剂盒扩增和建库,获得终变期1号染色体特异文库。基于点杂交和荧光原位杂交技术等的筛选,本研究获得了21个中高丰度的重复序列,获得的信号分布模式有4种,分别为全染色体定位模式、染色体端部定位模式、部分染色体定位模式和染色体局部定位模式等。截至到目前,并未获得在染色体断裂融合位点具信号分布的序列,序列筛选工作仍在开展。利用荧光原位杂交技术,系统构建了川桑的中期和终变期染色体核型,为桑树的染色体研究打下坚实的基础。通过跟踪川桑有丝分裂和减数分裂各时期染色体的动态变化,提出了该染色体进化现象属于染色体融合与断裂循环的模型,是首次发现存在于个体内世代交替过程中的现象。后经检测发现该循环在桑树中普遍存在。染色体微分离技术的应用为研究桑树单个染色体的结构提供了平台,筛选获得的序列也为桑树染色体研究提供了多种探针候选。本研究系统构建了川桑中期和终变期核型,提出桑树中普遍存在染色体融合与断裂循环的染色体进化模型,为桑树的起源和进化等研究提供重要借鉴。