香蕉（Musa spp.）是全球重要的粮食和经济作物之一，为超过4亿人提供食物来源，也是热带和亚热带地区重要的经济水果。然而，现代主栽香蕉品种（如卡文迪什AAA）高度依赖营养繁殖，遗传基础狭窄、遗传多样性低，尤其面临热带4号枯萎病等毁灭性病害的严重威胁。因此，挖掘野生近缘种中丰富的遗传变异，对于拓展香蕉遗传资源和促进其可持续生产具有重要意义。

芭蕉科（Musaceae）现存约80个物种，不同类群在染色体基数（如n = 11、10和9）以及花苞颜色等性状上呈现出显著多样性，是研究植物染色体结构演化和花器官性状分化的理想类群。然而，这些不同染色体基数是如何在漫长演化过程中逐步形成的，以及染色体结构变化与花苞颜色多样化之间是否存在联系，长期以来缺乏来自基因组和细胞遗传学的直接证据。

近日，中国科学院华南植物园植物进化与保护研究团队联合四川大学合作团队在Current Biology发表了题为“Ancestral karyotype reconstruction provides insights into stepwise chromosome evolution and bract coloration in the banana family”的研究论文（文章的链接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.07.071）。研究团队首先对芭蕉科早期分化的观赏蕉种Musa exotica（图1）开展端粒到端粒（T2T）基因组组装，获得了高质量的无缺口基因组，其contig N50达到47.41 Mb。结合已有芭蕉科物种基因组，研究团队开展了系统的比较基因组分析，重建了芭蕉科祖先核型（ancestral Musaceae karyotype, AMK），推断其祖先单倍体染色体数为n = 17。

图1. 观赏蕉种Musa exotica的花苞艳丽多彩（付宁 摄）

祖先核型重建进一步揭示了芭蕉科染色体数目逐步减少的演化轨迹。研究发现，现存n = 11、n = 10和n = 9的染色体组并非独立形成，而是经历了端粒连接、嵌套融合和相互易位等多种染色体重排事件，由祖先的n = 17染色体组逐步演化而来。这一演化路径与基于DNA序列构建的系统发育关系高度一致，从染色体结构层面为理解芭蕉科不同类群之间的演化关系提供了新的独立证据（图2）。

图2. 芭蕉科祖先核型（AMK，n = 17）的重建及其向现存n = 11、10、和9染色体组逐步演化的轨迹

在揭示染色体演化轨迹的基础上，研究团队进一步探讨了染色体结构变化与花苞颜色分化之间的潜在联系。研究发现，染色体重排相关断裂区域显著富集花青素生物合成相关基因及其调控因子，包括chalcone synthase（CHS）、flavanone 3-hydroxylase（F3H）等结构基因，以及MYB、bHLH等转录因子。进一步结合不同颜色花苞的转录组分析发现，花青素合成途径中的CHS、CHI、F3′5′H和ANS等关键基因呈现协同表达，其表达差异主要与转录调控有关，而非简单的基因拷贝数变化。研究结果提示，染色体结构演化可能通过重塑基因组环境和调控网络，为花苞颜色的表型分化提供遗传基础。

该研究构建了芭蕉科祖先核型，为理解芭蕉科染色体数目的逐步演化提供了新的基因组学证据，并将染色体结构演化与花苞颜色分化联系起来，为解析观赏蕉花色性状的遗传调控机制以及野生芭蕉种质资源的利用提供了新的研究思路。

“高质量T2T基因组是本研究的重要基础。该基因组为芭蕉科不同物种之间开展染色体结构比较提供了可靠的参考，也支撑了后续祖先核型重建和系统比较分析。”——黄慧润，共同通讯作者，华南植物园副研究员。

“本研究重建的祖先核型，为比较芭蕉科不同物种的染色体结构、推断其演化轨迹提供了客观依据，也为进一步认识野生近缘种所保留的遗传信息及其利用价值提供了参考。”——付宁，第一作者，华南植物园博士。

“本研究揭示了染色体结构变异与花苞颜色表型分化之间的联系，为理解观赏蕉花色性状的遗传基础提供了新的视角，也为利用基因组信息开展相关性状改良提供了新的线索。”——王新风，共同通讯作者，华南植物园副研究员。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.07.071