vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RASvavilov-34Research ArticleСтатьиArticlesГЕТЕРО- И ГОМОПЛАЗМАТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ РАЙОНОВ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ И ХЛОРОПЛАСТНОЙ ДНК У ПОТОМКОВ ОТДАЛЕННЫХ ГИБРИДОВ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ РАЗНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯTHE HETEROPLASMIC AND HOMOPLASMIC STATES OF MITOCHONDRIAL AND CHLOROPLAST DNA REGIONS IN THE PROGENIES OF WIDE HYBRIDS OF COMMON WHEAT OF DIFFERENT ORIGINSТрубачееваН. В.TrubacheevaN. V.pershina@bionet.nsc.ruКравцоваЛ. А.KravtsovaL. A.pershina@bionet.nsc.ruДевяткинаЭ. П.DevyatkinaE. P.pershina@bionet.nsc.ruЕфремоваТ. Т.EfremovaT. T.pershina@bionet.nsc.ruСинявскаяМ. Г.SinyavskayaM. G.ШумныйВ. К.ShumnyV. K.pershina@bionet.nsc.ruПершинаЛ. А.PershinaL. A.pershina@bionet.nsc.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics, SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian FederationГосударственное научное учреждение «Институт генетики и цитологии НАН Беларуси», Минск, БеларусьБеларусьInstitute of Cytology and Genetics, National Academy of Sciences, Minsk, BelarusBelarusФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия Новосибирский государственный университет, Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics, SB RAS, Novosibirsk, Russia Novosibirsk State University, Novosibirsk, RussiaRussian Federation201210122014161160169Copyright © Трубачеева Н.В., Кравцова Л.А., Девяткина Э.П., Ефремова Т.Т., Синявская М.Г., Шумный В.К., Першина Л.А., 20142014Трубачеева Н.В., Кравцова Л.А., Девяткина Э.П., Ефремова Т.Т., Синявская М.Г., Шумный В.К., Першина Л.А.Trubacheeva N.V., Kravtsova L.A., Devyatkina E.P., Efremova T.T., Sinyavskaya M.G., Shumny V.K., Pershina L.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/34

Изучены особенности состояния 18S/5S митохондриального (мт) повтора и районов хлоропластной (хп) ДНК у аллоплазматических линий мягкой пшеницы, несущих цитоплазму ячменя Hordeum marinum subsp. gussoneanum Hudson и H. vulgare L., и у потомков гибридов, полученных от реципрокных скрещиваний мягкой пшеницы Triticum aestivum L. с рожью посевной Secale cereale L. Гетероплазматическое состояние 18S/5S мт-повтора, которое является следствием двуродительской передачи мтДНК, обнаружено у гибридов «рожь–пшеница» и наследуется потомками этих гибридов, несущих цитоплазму ржи. Впервые у злаков на примере аллоплазматических линий мягкой пшеницы обнаружено гетероплазматическое состояние хпДНК, сопряженное с гетероплазматическим состоянием 18S/5S мт-повтора. Установлено, что переход гетероплазматического состояния мтДНК, хпДНК и гомоплазматического состояния ячменного типа районов хпДНК в гомоплазматическое состояние пшеничного типа ассоциирован с полным восстановлением фертильности и окончательной элиминацией хромосом ячменя из вновь формирующегося ядерного генома мягкой пшеницы аллоплазматических линий.

The states of the 18S/5S mitochondrial (mt) repeat and some chloroplast DNA regions have been studied in alloplasmic lines of common wheat with cytoplasm from barley species Hordeum marinum subsp. gussoneanum Hudson and H. vulgare L., and in progenies of reciprocal hybrids between Triticum aestivum L. and Secale cereale L. The heteroplasmic state of the 18S/5S repeat, which was a result of biparental mtDNA transmission, is observed in rye × wheat hybrids and in their progenies possessing rye cytoplasm. For the first time, the heteroplasmic state of chloroplast DNA associated with heteroplasmy of the 18S/5S mt repeat has been detected in cereals by using alloplasmic wheat lines. It has been found that the transition of mt- and cpDNA heteroplasmy, barley homoplasmy of chloroplast regions to wheat homoplasmy is associated with complete fertility restoration and barley chromosome elimination from the newly developed nuclear genomes of alloplasmic lines.

аллоплазматические линииреципрокные гибридыПЦР-ПДРФмтДНКхпДНКгетероплазмиягомоплазмияalloplasmic linesreciprocal hybridsPCR-RFLPmtDNAcpDNAheteroplasmyhomoplasmyРФФИ, частичная поддержка программы РАН «Биологическое разнообразие» и интеграционной программы СО РАНReferencesБадаева Е.Д., Першина Л.А., Бильданова Л.Л. Цитогенетическое исследование нестабильных по проявлению фертильности и жизнеспособности аллоплазматических рекомбинантных линий (H. vulgare)-T. aestivum // Генетика. 2006. Т. 42. № 2. С. 198–209.Бадаева Е.Д., Першина Л.А., Бильданова Л.Л. Цитогенетическое исследование нестабильных по проявлению фертильности и жизнеспособности аллоплазматических рекомбинантных линий (H. vulgare)-T. aestivum // Генетика. 2006. Т. 42. № 2. С. 198–209.Бильданова Л.Л., Бадаева Е.Д., Першина Л.А., Салина Е.А. Молекулярно-генетический анализ и С-окрашивание хромосом аллоплазматических линий мягкой пшеницы, полученных на основе ячменно-пшеничных гибридов Hordeum vulgare L. (2n = 14) × Triticum aestivum L. (2n = 42), и различающихся по проявлению фертильности // Генетика. 2004. Т. 40. № 12. С. 1868–1877.Бильданова Л.Л., Бадаева Е.Д., Першина Л.А., Салина Е.А. Молекулярно-генетический анализ и С-окрашивание хромосом аллоплазматических линий мягкой пшеницы, полученных на основе ячменно-пшеничных гибридов Hordeum vulgare L. (2n = 14) × Triticum aestivum L. (2n = 42), и различающихся по проявлению фертильности // Генетика. 2004. Т. 40. № 12. С. 1868–1877.Бильданова Л.Л., Салина Е.А., Першина Л.А. Изучение особенностей рекомбинации ядерного генома у бек-кроссных потомков ячменно-пшеничных гибридов Hordeum vulgare L. (2n = 14) × Triticum aestivum L. (2n = 42) c использованием SSR-анализа // Генетика. 2003. Т. 39. № 3. С. 1673–1679.Бильданова Л.Л., Салина Е.А., Першина Л.А. Изучение особенностей рекомбинации ядерного генома у бек-кроссных потомков ячменно-пшеничных гибридов Hordeum vulgare L. (2n = 14) × Triticum aestivum L. (2n = 42) c использованием SSR-анализа // Генетика. 2003. Т. 39. № 3. С. 1673–1679.Нумерова О.М., Першина Л.А., Салина Е.А., Шумный В.К. Выявление хромосом ячменя с использованием метода геномной in situ-гибридизации в геноме беккроссных потомков ячменно-пшеничных амфиплоидов [Hordeum geniculatum All. (2n = 28) × Triticum aestivum L. (2n = 42)] (2n = 70) // Генетика. 2004. Т. 40. № 9. С. 1229–1233.Нумерова О.М., Першина Л.А., Салина Е.А., Шумный В.К. Выявление хромосом ячменя с использованием метода геномной in situ-гибридизации в геноме беккроссных потомков ячменно-пшеничных амфиплоидов [Hordeum geniculatum All. (2n = 28) × Triticum aestivum L. (2n = 42)] (2n = 70) // Генетика. 2004. Т. 40. № 9. С. 1229–1233.Першина Л.А., Нумерова О.М., Белова Л.И. и др. Восстановление фертильности у беккроссных потомков ячменно-пшеничных гибридов H. vulgare L. (2n = 14) × T. aestivum L. (2n = 42) в зависимости от генотипов пшеницы, введенных в возвратные скрещивания // Генетика. 1999. Т. 35. № 2. С. 228–236.Першина Л.А., Нумерова О.М., Белова Л.И. и др. Восстановление фертильности у беккроссных потомков ячменно-пшеничных гибридов H. vulgare L. (2n = 14) × T. aestivum L. (2n = 42) в зависимости от генотипов пшеницы, введенных в возвратные скрещивания // Генетика. 1999. Т. 35. № 2. С. 228–236.Першина Л.А., Нумерова О.М., Белова Л.И. и др. Проявление фертильности в процессе формообразования у самоопыленных беккроссных потомков ячменно-пшеничных амфиплоидов [(Hordeum geniculatum All. (2n = 28) × Triticum aestivum L. (2n = 42)] (2n = 70) // Генетика. 2004. Т. 40. № 5. C. 636–641.Першина Л.А., Нумерова О.М., Белова Л.И. и др. Проявление фертильности в процессе формообразования у самоопыленных беккроссных потомков ячменно-пшеничных амфиплоидов [(Hordeum geniculatum All. (2n = 28) × Triticum aestivum L. (2n = 42)] (2n = 70) // Генетика. 2004. Т. 40. № 5. C. 636–641.Синявская М.Г., Аксенова Е.А., Першина Л.А. и др. Изменение ДНК хлоропластов и митохондрий при отдаленной гибридизации у злаков // Информ. вестник ВОГиС. 2005. Т. 9. № 4. С. 505–511.Синявская М.Г., Аксенова Е.А., Першина Л.А. и др. Изменение ДНК хлоропластов и митохондрий при отдаленной гибридизации у злаков // Информ. вестник ВОГиС. 2005. Т. 9. № 4. С. 505–511.Синявская М.Г., Даниленко Н.Г., Давыденко О.Г. и др. Наследование органельных ДНК у гибридов ржи (Secale cereale L.) и тритикале (× Triticale Thch.) // Генетика. 2004. Т. 40. № 2. С. 218–223.Синявская М.Г., Даниленко Н.Г., Давыденко О.Г. и др. Наследование органельных ДНК у гибридов ржи (Secale cereale L.) и тритикале (× Triticale Thch.) // Генетика. 2004. Т. 40. № 2. С. 218–223.Трубачеева Н.В., Бадаева Е.Д., Адонина И.Г. и др. Получение и изучение с применением комплекса методов молекулярного и цитогенетического анализа аллоплазматических эуплоидных (2n = 42) и телоцентрически дополненных линий (2n = 42+2t) (Hordeum marinum subsp. gussoneanum)-Triticum aestivum // Генетика. 2008. Т. 44. № 1. С. 81–89.Трубачеева Н.В., Бадаева Е.Д., Адонина И.Г. и др. Получение и изучение с применением комплекса методов молекулярного и цитогенетического анализа аллоплазматических эуплоидных (2n = 42) и телоцентрически дополненных линий (2n = 42+2t) (Hordeum marinum subsp. gussoneanum)-Triticum aestivum // Генетика. 2008. Т. 44. № 1. С. 81–89.Трубачеева Н.В., Ефремова Т.Т., Арбузова В.С. и др. Гетероплазмия и гомоплазмия 18S/5S митохондриального повтора у аллоплазматических линий (H. marinum subsp. gussoneanum)-T. aestivum // Вестн. НГУ. 2010. Т. 8. Вып. 3. С. 104–110.Трубачеева Н.В., Ефремова Т.Т., Арбузова В.С. и др. Гетероплазмия и гомоплазмия 18S/5S митохондриального повтора у аллоплазматических линий (H. marinum subsp. gussoneanum)-T. aestivum // Вестн. НГУ. 2010. Т. 8. Вып. 3. С. 104–110.Трубачеева Н.В., Ефремова Т.Т., Бадаева Е.Д. и др. Получение аллоплазматических и эуплазматических пшенично-ячменных дителосомных замещенных линий 7H1Lmar(7D) и изучение 18S/5S митохондриального повтора у этих линий // Генетика. 2009. Т. 45. № 12. С. 1627–1633.Трубачеева Н.В., Ефремова Т.Т., Бадаева Е.Д. и др. Получение аллоплазматических и эуплазматических пшенично-ячменных дителосомных замещенных линий 7H1Lmar(7D) и изучение 18S/5S митохондриального повтора у этих линий // Генетика. 2009. Т. 45. № 12. С. 1627–1633.Трубачеева Н.В., Салина Е.А., Першина Л.А. Изучение митохондриальных геномов аллоплазматических рекомбинантных линий пшеницы, полученных на основе ячменно-пшеничных гибридов H. geniculatum All. (= H. marinum subsp. gussoneanum) (2n = 28) × T. aestivum L. (2n = 42) с использованием RFLP- И ПЦР-анализа // Генетика. 2005. Т. 40. № 3. С. 349–355.Трубачеева Н.В., Салина Е.А., Першина Л.А. Изучение митохондриальных геномов аллоплазматических рекомбинантных линий пшеницы, полученных на основе ячменно-пшеничных гибридов H. geniculatum All. (= H. marinum subsp. gussoneanum) (2n = 28) × T. aestivum L. (2n = 42) с использованием RFLP- И ПЦР-анализа // Генетика. 2005. Т. 40. № 3. С. 349–355.Aksyonova E., Sinyavskaya M., Danilenko N. et al. Heteroplasmy and paternally oriented shift of the organellar DNA composition in barley-wheat hybrids during backcrosses with wheat parents // Genome. 2005. V. 48. P. 761–769.Aksyonova E., Sinyavskaya M., Danilenko N. et al. Heteroplasmy and paternally oriented shift of the organellar DNA composition in barley-wheat hybrids during backcrosses with wheat parents // Genome. 2005. V. 48. P. 761–769.Cipriani G., Testoin R., Morgante M. Paternal inheritance of plastids in interspecifi c hybrids of the genus Actinidia revealed by PCR-amplifi cation of chloroplast DNA fragments // Mol. Gen. Genet. 1995. V. 247. P. 693–697.Cipriani G., Testoin R., Morgante M. Paternal inheritance of plastids in interspecifi c hybrids of the genus Actinidia revealed by PCR-amplifi cation of chloroplast DNA fragments // Mol. Gen. Genet. 1995. V. 247. P. 693–697.Hansen A.K., Escobar L.K., Gilbert L.E., Jansen R.K. Paternal, maternal, and biparental inheritance of theHansen A.K., Escobar L.K., Gilbert L.E., Jansen R.K. Paternal, maternal, and biparental inheritance of thechloroplast genome in Passifl ora (Passifl oraceae): inplications for phylogenetic studies // Am. J. Bot. 2007. V. 94. P. 42–46.chloroplast genome in Passifl ora (Passifl oraceae): inplications for phylogenetic studies // Am. J. Bot. 2007. V. 94. P. 42–46.Hattori N., Kitagawa K., Takumi S., Nakamura C. Mitochondrial DNA heteroplasmy in wheat, Aegilops and their nucleuscytoplasm hybrids // Genetics. 2002. P. 1619–1630.Hattori N., Kitagawa K., Takumi S., Nakamura C. Mitochondrial DNA heteroplasmy in wheat, Aegilops and their nucleuscytoplasm hybrids // Genetics. 2002. P. 1619–1630.Maan S.S. The species-cytoplasmic specifi c hypothesis // Proc. of a U.S.–Japan symp.: Classical and molecular cytogenetic analysis / Ed. W.H. Rupp, B.S. Gill. Kansas State Univ. Press, Manhattan, Kans., USA. 1995. P. 165–174.Maan S.S. The species-cytoplasmic specifi c hypothesis // Proc. of a U.S.–Japan symp.: Classical and molecular cytogenetic analysis / Ed. W.H. Rupp, B.S. Gill. Kansas State Univ. Press, Manhattan, Kans., USA. 1995. P. 165–174.Miller S.S., Watson E.M., Lazebnik J. et al. Characterization of an alien source of resistance to Fusarium head blight transferred to Chinese Spring wheat // Botany/Botanique. 2011. V. 89. P. 301–311.Miller S.S., Watson E.M., Lazebnik J. et al. Characterization of an alien source of resistance to Fusarium head blight transferred to Chinese Spring wheat // Botany/Botanique. 2011. V. 89. P. 301–311.Mukai Y., Gill B.S. Detection of barley chromatin added to wheat by genomic in situ hybridization // Genome. 1991. V. 34. Nо 3. P. 448–452.Mukai Y., Gill B.S. Detection of barley chromatin added to wheat by genomic in situ hybridization // Genome. 1991. V. 34. Nо 3. P. 448–452.Rieseberg L.H., Willis J.H. Plant speciation // Science. 2007. V. 317. P. 910–914.Rieseberg L.H., Willis J.H. Plant speciation // Science. 2007. V. 317. P. 910–914.Weihe A., Apitz J., Pohlheim F. et al. Biparental inheritance of plastidial and mitochondrial DNA and hybrid variegation in Pelargonium // Mol. Genet. Genomics. 2009. V. 282. P. 587–593.Weihe A., Apitz J., Pohlheim F. et al. Biparental inheritance of plastidial and mitochondrial DNA and hybrid variegation in Pelargonium // Mol. Genet. Genomics. 2009. V. 282. P. 587–593.Woloszynska M. Heteroplasmy and stochiometric complexity of plant mitochondrial genomes – though this be madness, yet there’s method in’t // J. Exptl. Bot. 2010. V. 61. P. 657–671.Woloszynska M. Heteroplasmy and stochiometric complexity of plant mitochondrial genomes – though this be madness, yet there’s method in’t // J. Exptl. Bot. 2010. V. 61. P. 657–671.Zemetra R.S., Hansen J., Mallory-Smith C.A. Potential for gene transfer between wheat (Triticum aestivum) and jointed goatgrass (Aegilops cylindrical) // Weed Sci. 1998. V. 46. P. 313–317.Zemetra R.S., Hansen J., Mallory-Smith C.A. Potential for gene transfer between wheat (Triticum aestivum) and jointed goatgrass (Aegilops cylindrical) // Weed Sci. 1998. V. 46. P. 313–317.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.