Thay vì tiến hóa bằng cách hợp nhất đơn giản, các loài có 7 nhiễm sắc thể thực chất đã hình thành từ tổ tiên có 8 nhiễm sắc thể thông qua quá trình phân tách và tái tổ hợp phức tạp. Nghiên cứu này cũng khẳng định sự ổn định đáng kể của bộ nhiễm sắc thể trong nhóm Medicago sativa, giúp làm rõ mối liên hệ giữa cấu trúc bộ gen, sự hình thành loài và tiến hóa cây trồng.

Trong thực vật, số lượng nhiễm sắc thể thường biến đổi, nhưng việc xác định chiều hướng thay đổi rất khó vì loài tổ tiên đã tuyệt chủng hoặc chưa được biết đến. Với Medicago, câu hỏi “7 nhiễm sắc thể tiến hóa từ 8 hay ngược lại?” đã gây tranh luận suốt nhiều năm.

Các phương pháp giải trình tự gen tuy hữu ích nhưng vẫn thiếu độ phân giải để theo dõi toàn bộ nhiễm sắc thể ở những loài có bộ gen phức tạp. Để khắc phục, nhóm nghiên cứu từ Đại học Sư phạm An Huy, Đại học Nông Lâm Tây Bắc và Đại học Sư phạm Thạch Hà Tử đã phát triển kỹ thuật “sơn nhiễm sắc thể” (chromosome painting) cho toàn bộ 8 nhiễm sắc thể của cỏ linh lăng.

Hệ thống mới sử dụng hơn 736.000 đoạn oligonucleotide đặc hiệu để đánh dấu từng nhiễm sắc thể, kết hợp với kỹ thuật lai huỳnh quang (FISH). Kết quả cho thấy:

• Trong M. sativa (cả dạng lưỡng bội và tứ bội), cấu trúc nhiễm sắc thể cực kỳ ổn định, không có sự tái sắp xếp.
• Ngược lại, M. polymorpha với 7 nhiễm sắc thể lại hình thành từ sự vỡ vụn và tái tổ hợp của các nhiễm sắc thể số 3, 5 và 6, chứ không phải chỉ là hợp nhất đơn giản giữa số 3 và 7 như giả thuyết cũ.

Phân tích DNA ribosome cho thấy:

• Ở loài có 8 nhiễm sắc thể, gen 5S rDNA nằm trên nhiễm sắc thể 2 và 4, còn 45S rDNA trên nhiễm sắc thể 6.
• Ở M. polymorpha (7 nhiễm sắc thể), 5S rDNA chỉ còn trên nhiễm sắc thể 2, trong khi 45S rDNA chuyển sang nhiễm sắc thể 4.

Điều này củng cố giả thuyết rằng sự tiến hóa diễn ra theo hướng giảm từ 8 xuống 7 nhiễm sắc thể, khoảng 12 triệu năm trước. Quá trình nhân đôi bộ gen (tứ bội hóa) ở cỏ linh lăng xảy ra muộn hơn, khoảng 6 triệu năm trước.

Ngoài việc giải quyết câu hỏi tiến hóa, kỹ thuật sơn nhiễm sắc thể còn có giá trị thực tiễn:

• Xác định sự khác biệt nhiễm sắc thể giữa các giống Medicago.
• Theo dõi độ ổn định bộ gen qua nhiều thế hệ.
• Kiểm chứng sự di truyền nhiễm sắc thể trong các giống lai.

Đây là công cụ hữu ích cho cả nghiên cứu tiến hóa lẫn cải tiến giống cây trồng. Quan trọng hơn, nó mở ra khung tham chiếu để nghiên cứu tiến hóa nhiễm sắc thể ở nhiều nhóm thực vật khác có bộ gen phức tạp.