ПОЛИПЛОИДИЯ И МЕЖВИДОВАЯ ГИБРИДИЗАЦИЯ В ЭВОЛЮЦИИ ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ
Abstract
Спонтанно возникающие природные гибриды между двумя видами растений известны ботаникам с начала XVIII в. В 1716 г. К. Мэзер (Cotton Mather) наблюдал естественную гибридизацию между двумя видами тыкв; в 1717 г. Т.Файрчайлд (T. Fairchild) впервые получил искусственные гибриды между двумя видами гвоздики (Dianthus cariophyllus и D. barbatus) (Вульф, 1940. С. 42). Открытие пола у растений и последовательное экспериментальное исследование феномена межвидовой и межлинейной гибридизации у растений, начатое в Ботаническом саду Академии наук в Санкт-Петербурге Йозефом Кёлрейтером и продолженное затем О. Нодэном, Г. Менделем, Г. де Фризом, К.Э. Корренсом, У. Бэтсоном, закономерно привело к появлению генетики. Примечательно, что само название нашей науки впервые было обнародовано и принято на конференции, посвященной проблеме гибридизации у растений. А именно на III конференции по гибридизации и селекции растений в Лондоне в июле 1906 г. У. Бэтсон, президент конференции, в своем обращении к участникам, названном «The Progress of Genetic Research», ярко и убедительно продемонстрировал, что уже появилась наука, направленная на изучение явлений наследственности и изменчивости, подразумевающая выходы на проблемы эволюции и систематики, на решение практических проблем селекции животных и растений – новая наука, у которой еще нет короткого и ясного названия, – и предложил назвать ее «genetics». Выступление Бэтсона было настолько убедительным, что редактор трудов этой конференции У. Уилкс (W. Wilks), подготовив к изданию том с материалами конференции, дал ему название «Report of the Third International Conference 1906 on Genetics; Hybridization (the cross-breeding of genera or species), the crossbreeding of varieties, and general plant-breeding» (Report … 1906). Напомним, что официальное название конференции было «International Conference on Hybridisation and Plant Breeding». Открывался том трудов этой конференции портретом Г. Менделя.
About the Author
А. Родионов
Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН;
кафедра цитологии Санкт-Петербургского государственного университета, Санкт-Петербург, Россия
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Вульф Е.В. Иозеф Кёльрейтер, его жизнь и научные труды // Кёльрейтер И. Ученье о поле и гибридизации растений. М.; Л.: ОГИЗ-Сельхозгиз, 1940. С. 9–46.
2. Грант В. Видообразование у растений. М.: Мир, 1984. 528 с.
3. Камелин Р.В. Лекции по систематике растений. Главы теоретической систематики растений. Барнаул: Изд-во «Азбука», 2004. 228 с.
4. Камелин Р.В. Особенности видообразования у цветковых растений // Тр. Зоол. ин-та РАН. Приложение № 1. 2009. С. 141–149.
5. Карпеченко Г.Д. Полиплоидные гибриды Raphanus sativus L. × Brassica oleraceae L. (К проблеме экспериментального видообразования) // Классики советской генетики 1920–1940 / Ред. П.М. Жуковский. Л.: Наука, 1968. С. 461–511.
6. Орлова Л.В., Егоров А.А. К систематике и географическому распространению ели финской (Picea fennica (Regel) Kom., Pinaceae) // Новости систематики высших растений / Ред. Н.Н. Цвелев. Т. 42. М.; СПб.: Товарищество научных изданий, 2011. С. 5–23.
7. Пунина Е.О., Мордак Е.В., Тимухин И.Н., Литвинская С.А. Конспект нотовидов рода Paeonia L. (Paeoniaceae) Кавказа и Крыма // Новости систематики высших растений / Ред. Н.Н. Цвелев. Т. 42. М.; СПб.: Товарищество научных изданий, 2011. С. 120–131.
8. Родионов А.В., Носов Н.Н., Ким Е.С. и др. Происхождение полиплоидных геномов мятликов (Poa L.) и феномен потока генов между Северной Пацификой и субантарктическими островами // Генетика. 2010. Т. 46. № 12. С. 1598–1608.
9. Родионов А.В., Коцеруба В.В., Ким Е.С. и др. Эволюция геномов и хромосомных наборов злаков // Цитология. 2013. Т. 55. № 4. С. 225–229.
10. Цвелёв Н.Н. Злаки СССР. Л.: Наука, 1976. 788 с.
11. Albertin W., Balliau T., Brabant P. et al. Numerous and rapid nonstochastic modifi cations of gene products in newly synthesized Brassica napus allotetraploids // Genetics. 2006. V. 173. P. 1101–1113.
12. Allender C.J., King G.H. Origins of the amphiploid species Brassica napus L. investigated by chloroplast and nuclear molecular markers // BMC Plant Biol. 2010. V. 10. P. 54.
13. Arias T., Pires J.C. A fully resolved chloroplast phylogeny of the brassica crops and wild relatives (Brassicaceae: Brassiceae): Novel clades and potential taxonomic implications // Taxon. 2012. V. 61. P. 980–988.
14. Bateson B. William Bateson, F.R.S. Naturalist: His Essays & Addresses, Together With a Short Account of His Life. Cambridge: The Univ. Press, 1928. P. 93.
15. Chen S., Nelson M.N., Chèvre A.-M. et al. Trigenomic bridges for Brassica improvement // Critical Rev. Plant Sci. 2011. V. 30. P. 524–547.
16. Chen S., Wan Z., Nelson M.N. et al. Evidence from genomewide simple sequence repeat markers for a polyphyletic origin and secondary centers of genetic diversity of Brassica juncea in China and India // J. Hered. 2013. V. 104. P. 416–427.
17. Crismani W., Girard C., Mercier R. Tinkering with meiosis // J. Exp. Botany. 2013. V. 64. P. 55–65.
18. Cuperus J.T., Fahlgren N., Carrington J.C. Evolution and functional diversifi cation of miRNA genes // Plant Cell. 2011. V. 23. P. 431–442.
19. D’Hont A., Denoeud F., Aury J.-M. et al. The banana (Musa acuminata) genome and the evolution of monocotyledonous plants // Nature. 2012. V. 488. P. 213–217.
20. Darlington C.D. Recent Advances in Cytology. Philadelphia: Blakiston, 1937.
21. Fahlgren N., Jogdeo S., Kasschau K.D. et al. MicroRNA gene evolution in Arabidopsis lyrata and Arabidopsis thaliana // Plant Cell. 2010. V. 22. P. 1074–1089. Fawcett J.A., Maere S., Van de Peer Y. Plants with double genomes might have had a better chance to survive the Cretaceous-Tertiary extinction event // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2009. V. 106. P. 5737–5742.
22. Gaeta R.T., Pires J.C., Iniguez-Luy F. et al. Genomic changes in resintezed Brassica napus and their effects on gene expression and phenotype // Plant Cell. 2007. V. 19. P. 1–15.
23. Gaeta R.T., Yoo S.Y., Pires J.C. et al. Analysis of gene expression in resynthesized Brassica napus allopolyploids using Arabidopsis 70 mer oligo microarrays // PLoS One. 2009. V. 4. P. e4760.
24. Gernand D., Rutten T., Varshney A. et al. Uniparental chromosome elimination at mitosis and interphase in wheat and pearl millet crosses involves micronucleus formation, progressive heterochromatinization, and DNA fragmentation// Plant Cell. 2005. V. 17. P. 2431–2438.
25. Goldblatt P. Polyploidy in angiosperms: monocotyledons // Polyploidy: Biological Relevance / Ed. W.H. Lewis. N.Y.: Plenum Press, 1980. P. 219–239.
26. Gómez-Campo C., Prakash S. Origin and domestication // Developments in Plant Genetics and Breeding. V. 4. Biology of Brassica Coenospecies / Ed. C. Gomez-Campo. Amsterdam: Elsevier, 1999. P. 33–58.
27. Grant V. The Origins of Adaptations. N.Y.: Columbia Univ. Press, 1963.
28. Ha M., Lu J., Tian L. et al. Small RNAs serve as a genetic buffer against genomic shock in Arabidopsis interspecific hybrids and allopolyploids // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2009. V. 106. P. 17835–17840.
29. He G., Zhu X., Elling A.A. et al. Global epigenetic and transcriptional trends among two rice subspecies and their reciprocal hybrids // Plant Cell. 2010. V. 22. P. 17–33.
30. International Brachypodium Initiative 2010. Genome sequencing and analysis of the model grass Brachypodium distachyon // Nature. 2010. V. 463. P. 763–768.
31. Ishii T., Tanaka H., Eltayeb A.E., Tsujimoto H. Wide hybridization between oat and pearl millet belonging to different subfamilies of Poaceae // Plant Reprod. 2013. V. 26. P. 25–32.
32. Jenczewski E., Chevre A.M., Alix K. Chromosomal and gene expression in Brassica allopolyploids // Polyploids and hybrid genomics / Ed. Z.J. Chen, J.A. Bichler. Ames: Wiley-Blackwell, 2013. P. 171–186.
33. Josefsson C., Dilkes B., Comai L. Parent-dependent loss of gene silencing during interspecies hybridization // Curr. Biol. 2006. V. 16. P. 1322–1328.
34. Knobloch I.W. Intergeneric hybridization in flowering plants //Taxon. 1972. V. 21. P. 97–103.
35. Kong F., Mao S., Jiang J. et al. Proteomic changes in newly synthesized Brassica napus allotetraploid and their early generations // Mol. Biol. Rep. 2011. V. 29. P. 927–935.
36. Lermontova I., Schubert I. CENH3 for establisheing and maintaining centromeres // Plant Centromere Biology / Ed. J. Jiang, J.A. Bichler. Oxford: Wiley-Blackwell, 2013. P. 67–82.
37. Levin D.A. The long wait for hybrid sterility in flowering plants // New Phytol. 2012. V. 196. P. 666–670.
38. Levy A.A., Tirosh I., Reikhav S. et al. Yeast hybrids and polyploids as models in evolutionary studies // Polyploids and hybrid genomics / Ed. Z.J. Chen, J.A. Bichler. Ames: Wiley-Blackwell, 2013. P. 3–14.
39. Lysak M.A., Cheung K., Kitschke M., Bureš P. Ancestral chromosomal blocks are triplicated in Brassiceae species with varying chromosome number and genome size // Plant Physiol. 2007. V. 145. P. 402–410.
40. Ma Z., Coruh C., Axtell M.J. Arabidopsis lyrata small RNAs: transient miRNA and small interfering RNA loci within the Arabidopsis genus // Plant Cell. 2010. V. 22. P. 1090–1103.
41. Mallet J. Hybridization as an invasion of the genome // Trends Ecol. Evol. 2005. V. 20. P. 229–237.
42. Mandáková T., Joly S., Krzywinski M. et al. Fast diploidization in close mesopolyploid relatives of Arabidopsis // Plant Cell. 2010. V. 22. P. 2277–2290.
43. Müntzing A. The evolutionary signifi cance of autopolyploidy // Hereditas. 1936. V. 21. P. 263–378.
44. Ng D. W.-K., Lu J., Chen Z.J. Big roles for small RNAs in polyploidy, hybrid vigor, and hybrid incompatibility // Curr. Opinion Plant Biol. 2012. V. 15. P. 154–161.
45. Pavy N., Pelgas B., Laroche J. et al. A spruce gene map infers ancient plant genome reshuffl ing and subsequent slow evolution in the gymnosperm lineage leading to extant conifers // BMC Biol. 2012. V. 10. P. 84.
46. Pikaard C.S. Genomic change and gene silencing in polyploids // Trends Genet. 2001. V. 17. P. 675–677.
47. Pires J.C., Gaeta R.T. Structural and functional evolution of resynthesized polyploids // Genetics and Genomics of the Brassicaceae / Ed. R. Schmidt, I. Bancroft. N.Y., Dordrecht, Heidelberg, London: Springer, 2011. P. 195–214.
48. Ramsey J., Schemske D.W. Pathways, mechanisms, and rates of polyploid formation in fl owering plants // Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 1998. V. 29. P. 467–501.
49. Report of the Third International Conference1906 on Genetics; Hybridization (the cross-breeding of genera or species), the cross-breeding of varieties, and general plant-breeding / Ed. W. Wilks. L.: Sporttiswoode & Co., 1906. 492 p.
50. Rieseberg L.H., Wendel J.F. Introgression and its consequences in plants // Hybrid Zones and the Evolutionary Process / Ed. R.G. Harrison. N.Y.: Oxford Univ. Press, 1993. P. 70–110.
51. Rieseberg L.H., Willis J.H. Plant speciation // Science. 2007. V. 317. P. 910–914.
52. Sanei M., Pickering R., Kumke K. et al. Loss of centromeric histone H3 (CENH3) from centromeres precedes uniparental chromosome elimination in interspecific barley hybrids // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2011. V. 108. P. 498–505.
53. Scott R.J., Tratt J.L., Bolbol A. Seed development in interploidy hybrids // Polyploid and Hybrid Genomics / Ed. Z.J. Chen, J.A. Bichler. Ames: Wiley-Blackwell, 2013. P. 271–290.
54. Soltis P.S., Soltis D.E. The role of hybridization in plant speciation // Annu. Rev. Plant Biol. 2009. V. 60. P. 561–588.
55. Song K., Lu P., Tang K., Osborn T.C. Rapid genome change in synthetic polyploids of Brassica and its implications for polyploidy evolution // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1995. V. 92. P. 7719–7723.
56. Stebbins G.L. Variation and Evolution in Plants. N.Y.: Columbia Univ. Press, 1950.
57. Szadkowski E., Eber F., Huteau V. et al. Polyploid formation pathways have an impact on genetic rearrangements in resynthesized Brassica napus // New Phytol. 2011. V. 191. P. 884–894.
58. te Beest M., Le Roux J.J., Richardson D.M. et al. The more the better? The role of polyploidy in facilitating plant invasions // Ann. Botany. 2012. V. 109. P. 19–45.
59. U N. Genome analysis in Brassica with special reference to the experimental formation of B. napus and peculiar mode of fertilization // Jap. J. Bot. 1935. V. 7. P. 389–452.
60. Ungerer M.C., Strakosh S.C., Zhen Y. Genome expansion in three hybrid sunflower species is associated with retrotransposon proliferation // Curr. Biol. 2006. V. 16. P. R872–R873.
61. Vamosi J.C., McEwen J.R. Origin, elevation, and evolutionary success of hybrids and polyploids in British Columbia, Canada // Botany. 2013. V. 91. P. 182–188.
62. Whitney K.D., Ahern J.R., Campbell L.G. et al. Patterns of hybridization in plants // Perspectives Plant Ecol. Evol. Syst. 2010. V. 12. P. 175–182.
63. Xiong Z., Gaeta R.T., Pires J.C. Homoeologous shuffling and chromosome compensation maintain genome balance in resynthesized allopolyploid Brassica napus // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2011. V. 108. P. 7908–7913.
64. Yoo M.-J., Szadkowski E., Wendel J.F. Homoeolog expression bias and expression level dominance in allopolyploid cotton // Heredity. 2013. V. 110. P. 171–180.
Review
Views:
1098
Email this article 