THE HETEROPLASMIC AND HOMOPLASMIC STATES OF MITOCHONDRIAL AND CHLOROPLAST DNA REGIONS IN THE PROGENIES OF WIDE HYBRIDS OF COMMON WHEAT OF DIFFERENT ORIGINS

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Hansen A.K., Escobar L.K., Gilbert L.E., Jansen R.K. Paternal, maternal, and biparental inheritance of the

16. chloroplast genome in Passifl ora (Passifl oraceae): inplications for phylogenetic studies // Am. J. Bot. 2007. V. 94. P. 42–46.

17. Hattori N., Kitagawa K., Takumi S., Nakamura C. Mitochondrial DNA heteroplasmy in wheat, Aegilops and their nucleuscytoplasm hybrids // Genetics. 2002. P. 1619–1630.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. Rieseberg L.H., Willis J.H. Plant speciation // Science. 2007. V. 317. P. 910–914.

22. 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.

23. 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.

24. 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.