Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Молекулярно-цитогенетический анализ некоторых видов Picea из Евразии и Восточной Азии

https://doi.org/10.18699/vjgb-26-74

Аннотация

Представлены результаты молекулярно-цитогенетического исследования семи видов Picea, распространенных на территории Евразии и Восточной Азии, методом флуоресцентной гибридизации in situ

(FISH) и флуоресцентного окрашивания DAPI. Кластеры рибосомных генов 45S и 5S рРНК на хромосомах P. meyeri и P. purpurea картированы впервые, P. abies, P. obovata, P. schrenkiana, P. crassifolia, P. omorika изучались из новых местопроизрастаний. Все виды показали сходное распределение локусов 5S рДНК на обоих плечах крупной метацентрической хромосомы III: более интенсивный сигнал наблюдался на длинном плече, частично перекрываясь с сигналом 45S рДНК, минорный сайт 5S рДНК был локализован терминально на коротком плече. Сигналы 45S рДНК разной интенсивности были выявлены на 7–9 парах хромосом в кариотипах исследуемых  видов. Яркие (мажорные) сигналы локализованы интеркалярно и совпадали с постоянными вторичными перетяжками. Их количество на гаплоидный геном составило: у P. omorika – 8, у P. abies и P. obovata – 6, у P. schrenkiana, P. crassifolia, P. purpurea и P. meyeri – 5. Выявлено также несколько минорных сайтов 45S рДНК на хромосомах Picea, не описанных ранее в литературе. Добавочные (В) хромосомы, обнаруженные у некоторых проростков P. obovata, P. meyeri и P. purpurea, не несли локусов рибосомных генов 45S и 5S рРНК. На хромосомах ели наблюдались интенсивно флуоресцирующие DAPI-позитивные полосы в интеркалярных районах, а у некоторых хромосом окрашивалась также область центромеры. На хромосомах I, III и X пар удалось выявить несколько постоянных позитивных DAPI-блоков, имеющих сходную локализацию у всех изученных видов. FISH с зондами 45S и 5S рДНК в сочетании с окрашиванием DAPI позволяет идентифицировать практически все гомологичные пары хромосом и провести сравнение кариотипов разных видов ели. Обсуждается внутри- и межвидовое кариотипическое разнообразие в роде Picea на основе распределения локусов 5S и 45S рДНК и рисунка DAPI. 

Об авторах

О. В. Горячкина
Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Россия

Красноярск



Е. Д. Бадаева
Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук; Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук
Россия

Москва



А. Б. Щербань
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Новосибирск



Е. Н. Муратова
Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Россия

Красноярск



Список литературы

1. Badaev N.S., Badaeva E.D., Dubovets N.I., Bolsheva N.L., Bormotov V.E., Zelenin A.V. Formation of a synthetic karyotype of tetraploid triticale. Genome. 1992;35(2):311-317. doi 10/1139/g92-047

2. Bobrov E.G. The history and systematics of the genus Picea A. Dietr. Novitates Systematicae Plantarum Vascularium. 1971;7:5-40 (in Russian)

3. Bogunić F., Šiljak-Yakovlev S., Muratović E., Ballian D. Different karyotype patterns among allopatric Pinus nigra (Pinaceae) populations revealed by molecular cytogenetics. Plant Biol. 2011;13(1): 194-200. doi 10.1111/j.1438-8677.2010.00326.x

4. Brown G.R., Carlson J.E. Molecular cytogenetics of the genes encoding 18s-5.8s-26.s rDNA and 5s rRNA in two species of spruce (Picea). Theor Appl Genet. 1997;95(1-2):1-9. doi 10.1007/s001220050526

5. Brown G.R., Amarasinghe V., Kiss G., Carlson J.B. Preliminary karyotype and chromosomal localization of ribosomal DNA sites in White spruce using fluorescence in situ hybridization. Genome. 1993; 36(2):261-267. doi 10.1139/g93-043

6. Cai Q., Zhang D.M., Liu Z.L., Wang X.R. Chromosomal localization of 5S and 18S rDNA in five species of subgenus Strobus and their implications for genome evolution of Pinus. Ann Bot. 2006;97(5): 715-722. doi 10.1093/aob/mcl030

7. Dallimore W., Jackson A.B. A Handbook of Coniferae and Ginkgoaceae. London: Arnold, 1966

8. Devey M.E., Bell J.C., Smith D.N., Neale D.B., Moran G.F. A genetic linkage map for Pinus radiata based on RFLP, RAPD, and micro satel lite markers. Theor Appl Genet. 1996;92(6):673-679. doi 10.1007/BF00226088

9. Dubcovsky J., Dvorak J. Ribosomal RNA multigene loci: nomads of the Triticeae genomes. Genetics. 1995;140(4):1367-1377. doi 10.1093/genetics/140.4.1367

10. Farjon A. Pinaceae: Drawings and Descriptions of the Genera Abies, Cedrus, Pseudolarix, Keteleeria, Nothotsuga, Tsuga, Cathaya, Pseudotsuga, Larix and Picea. Königstein: Koeltz Scientific Books, 1990

11. Farjon A. World Checklist and Bibliography of Conifers. Kew: Royal Botanic Gardens, 2001

12. Friesen N., Brandes A., Heslop-Harrison J.S. Diversity, origin, and distribution of retrotransposons (gypsy and copia) in conifers. Mol Biol Evol. 2001;189(7):1176-1188. doi 10.1093/oxfordjournals.molbev. a003905

13. Garcia S., Kovařík A. Dancing together and separate again: gymnosperms exhibit frequent changes of fundamental 5S and 35S rRNA gene (rDNA) organization. Heredity. 2013;111(1):23-33. doi 10.1038/hdy.2013.11

14. Garcia S., Kovařik A., Leitch A.R., Garnatje T. Cytogenetic features of rRNA genes across land plants: analysis of the Plant rDNA database. Plant J. 2017;89(5):1020-1030. doi 10.1111/tpj.13442

15. Gerlach W.L., Bedbrook J.R. Cloning and characterization of ribosomal RNA genes from wheat and barley. Nucleic Acids Res. 1979; 77(7):1869-1885. doi 10.1093/nar/7.7.1869

16. Gerlach W.L., Dyer T.A. Sequence organization of the repeated units in the nucleus of wheat which contains 5S-rRNA genes. Nucleic Acids Res. 1980;8(21):4851-4865. doi 10.1093/nar/8.21.4851

17. Goryachkina O.V., Badaeva E.D., Muratova E.N., Zelenin A.V. Molecular cytogenetic analysis of Siberian Larix species by fluorescence in situ hybridization. Plant Syst Evol. 2013;299(2):471-479. doi 10.1007/s00606-012-0737-y

18. Hizume M. Karyomorphological studies in the family Pinaceae. Mem Fac Educ Ehime Univ Nat Sci. 1988;8(2):1-108

19. Hizume M. Chromosome banding in Picea IV. Comparative karyotype analysis of fluorescent band patterns in 25 taxa. Chromosome Bot. 2017;12(2):17-32. doi 10.3199/iscb.12.17

20. Hizume M., Kuzakawa Y. Fluorescent chromosome banding in Picea. II. Relationships between rDNA loci and chromomycin A3-bands of P. jezoensis var. hondoensis. La Kromosomo. 1995;79-80:2754-2759

21. Hizume M., Kuzukawa Y., Kondo T. Physical mapping of 5S rDNA locus on chromosomes in Pseudotsuga menziesii, Pinaceae. La Kromosomo. 1996;83-84:2901-2908

22. Hizume M., Shibata F., Kondo T., Hoshi H., Kondo T., Ge S., Yang Q., Hong D. Identification of chromosomes in two Chinese spruce by multicolor fluorescence in hybridization. Chromosome Sci. 1999; 3(1):37-41

23. Hizume M., Shibata F., Maruyama Y., Kondo T. Cloning of DNA sequences localized on proximal fluorescent chromosome bands by microdissection in Pinus densiflora Sieb. & Zucc. Chromosoma. 2001;110(5):345-351. doi 10.1007/s004120100149

24. Islam-Faridi M.N., Nelson C.D., Kubisiak T.L. Refererence karyotype and cytomolecular map for loblolly pine (Pinus taeda L.). Genome. 2007;50(2):241-251. doi 10.1139/g06-153

25. Ledig F.T., Hodgskiss P.D., Krutovskii K.V., Neale D.B., Eguiluz-Piedra T. Relationships among the spruces (Picea, Pinaceae) of Southwestern North America. Systematic Botany. 2004;299(2):275-295. doi 10.1600/036364404774195485

26. Li L.C., Wang G., Su S. Karyotype analysis of four species of Picea in Chengdu (Pinaceae). Guihaia. 2001;21(1):43-46 (in Chinese)

27. Liu B., Zhang S.-G., Zhang Y., Lan T.-Y., Qi L.-W., Song W.Q. Molecular cytogenetics analysis of four Larix species by bicolor fluorescence in situ hybridization and DAPI banding. Int J Plant Sci. 2006;167(2):367-372. doi 10.1086/499317

28. Liu B., Qi L.-W., Chen R., Song W.Q. Multicolor fluorescence in situ hybridization with combinatorial labeling probes enables a detailed karyotype analysis of Larix principis­rupprechtii. Biol Res. 2007; 40(1):23-28. doi 10.4067/s0716-97602007000100003

29. Liu T.S. A new proposal for the classification of the genus Picea. Acta Phytotax Geobot. 1982;33(4-6):227-245. doi 10.18942/bunruichiri.KJ00001079164

30. Liu Y.H., Li M.X. Karyotype analysis of five species of genus Picea. J Wuhan Bot Res. 1985;3(3):203-207 (in Chinese)

31. Liu Z., Zhang D., Hong D., Wang X. Chromosomal localization of 5S and 18S-5.8S-25S ribosomal DNA sites in five Asian pines using fluorescence in situ hybridization. Theor Appl Genet. 2003;106(2): 198-204. doi 10.1007/s00122-002-1024-z

32. Lockwood J.D., Aleksić J.M., Zou J., Wang J., Liu J., Renner S.S. A new phylogeny for the genus Picea from plastid, mitochondrial, and nuclear sequences. Mol Phylogenet Evol. 2013;69(3):717-727. doi 10.1016/j.ympev.2013.07.004

33. Lubaretz O., Fuchs J., Ahne R., Meister A., Schubert I. Karyotyping of three Pinaceae species via fluorescent in situ hybridization and computer-aided chromosome analysis. Theor Appl Genet. 1996; 92(3-4):411-416. doi 10.1007/BF00223687

34. Mikkola L. Observations on interspecific sterility in Picea. Ann Bot Fenn. 1969;6(4):285-339

35. Muratova E.N., Sedel’nikova T.S., Goryachkina O.V., Pimenov A.V., Karpjuk T.V. Supernumerary chromosomes in coniferous plants: a case study of the Picea A. Dietr. genus. Journal of Siberian Fed eral University. Biology. 2023;16(4):403-419 (in Russian)

36. Nkongolo K.K. RAPD and cytological analysis of Picea spp. from different provenances: genomic relationship among taxa. Hereditas. 1999;130(2):137-144. doi 10.1111/j.1601-5223.1999.00137.x

37. Nkongolo K.K., Mehes-Smith M. Karyotype evolution in the Pinaceae: implication with molecular phylogeny. Genome. 2012;55(11): 735-753. doi 10.1139/g2012-061

38. Ohri D. Karyotype evolution in conifers. Feddes Repertorium. 2021; 132(3):232-262. doi 10.1002/fedr.202100014

39. Pedersen C., Lindle-Laursen I. Chromosomal locations of four minor rDNA loci and a marker microsatellite sequence in barley. Chromosome Res. 1994;2(1):65-71. doi 10.1007/BF01539456

40. Pikaard C.S. Nucleolar dominance: uniparental gene silencing on a multu-megabase scale in genetic hybrids. Plant Mol Biol. 2000; 43(2-3):163-177. doi 10.1023/a:1006471009225

41. Popov P.P. Spruce in the East Europe and Western Siberia: Populationgeographic variation and its silviculture value. Novosibirsk: Nauka Publ., 1999 (in Russian)

42. Pravdin L.F., Budaragin V.A., Kruklis M.V., Shershukova O.P. Methods of karyological investigation of conifers. Lesovedenie. 1972;2:67-75 (in Russian)

43. Puizina J., Sviben T., Krajačić-Sokol I., Zoldoš-Pećnik V., SiljakYakovlev S., Papeš D., Besendorfer V. Cytogenetic and molecular characterization of the Abies alba genome and its relationship with other members of the Pinaceae. Plant Biol. 2008;10(2):256-267. doi 10.1111/j.1438-8677.2007.00018.x

44. Ran J.-H., Wei X.-X., Wang X.-Q. Molecular phylogeny and bio geography of Picea (Pinaceae): implications for phylogeographical studies using cytoplasmic haplotypes. Mol Phylogenet Evol. 2006; 41(2):405-419. doi 10.1016/j.ympev.2006.05.039

45. Ran J.-H., Shen T.-T., Liu W.-J., Wang P.-P., Wang X.-Q. Mitochondrial introgression and complex biogeographic history of the genus Picea. Mol Phylogenet Evol. 2015;93(1):63-76. doi 10.1016/j.ympev.2015.07.020

46. Raskina O., Belyayev A., Nevo E. Activity of En/Spm-like transposons in meiosis as a base for chromosome repatterning in a small. Isolated, peripheral populations of Aegilops speltoides Tausch. Chromosome Res. 2004;12(2):153-161. doi 10.1023/B:CHRO.0000013168.61359.43

47. Ribeiro T., Barão A., Viegas W., Morais-Cecíli L. Molecular cytogenetics of forest trees. Cytogenet Genome Res. 2008;120(3-4): 220-227. doi 10.1159/000121070

48. Roa F., Guerra M. Distribution of 45S rDNA sites in chromosomes of plants: structural and evolutionary implications. BMC Evolutionary Biology. 2012;12:225. doi 10.1186/1471-2148-12-225

49. Rossello J.A., Maravilla A.J., Rosato M. The nuclear 35S rDNA world in plant systematics and evolution: a primer of cautions and common misconceptions in cytogenetic studies. Front Plant Sci. 2022; 13:788911. doi 10.3389/fpls.2022.788911

50. Sarri V.V., Minelli S., Panara F.F., Morgante M., Jurman I., Zuccolo A.A., Cionini P.G. Characterization and chromosomal organization of satellite DNA sequences in Picea abies. Genome. 2008; 51(9):705-713. doi 10.1139/G08-048

51. Schmidt P.A. Contributions to the taxonomy and evolution of the genus Picea A. Dietr. Flora. 1989;182(5-6):435-461. doi 10.1016/S0367-2530(17)30431-0

52. Shibata F., Hizume M. Comparative FISH karyotype analysis of 11 Picea species. Cytologia. 2008;73(2):203-211. doi 10.1508/cytologia.73.203

53. Shibata F., Hizume M., Garajova Z. Conserved FISH karyotype in four species of Abies (Pinaceae). Chromosome Sci. 2004;8(3):95-98

54. Shibata F., Matsusaki Y., Hizume M. A comparative analysis of multiprobe fluorescence in situ hybridization (FISH) karyotypes in 26 Pinus species (Pinaceae). Cytologia. 2016;81(4):409-421. doi 10.1508/cytologia.81.409

55. Sigurgeirsson A., Szmidt A.E. Phylogenetic and biogeographic implications of chloroplast DNA variation in Picea. Nordic J Bot. 1993; 13(3):233-246. doi 10.1111/j.1756-1051.1993.tb00043.x

56. Šiljak-Yakovlev S., Cerbah M., Coulaud J., Stoian V., Brown S.C., Zoldos V., Jelenić S., Papeš D. Nuclear DNA content, base composition, heterochromatin and rDNA in Picea omorika and Picea abies. Theor Appl Genet. 2002;104(2-3):505-512. doi 10.1007/s001220100755

57. Sukachev V.N. Forest Woody Species, Systematics, Geography and their Phytosociology. Vol. 1. Conifers. Moscow: Novaya Derevnya Publ., 1928 (in Russian)

58. Sun Y.-Sh., Abbott R.J., Li L.L., Li L., Zou J., Liu J.Q. Evolutionary history of Purple cone spruce (Picea purpurea) in the Qinghai–Tibet Plateau: homoploid hybrid origin and Pleistocene expansion. Mol Ecol. 2014;23(2):343-359. doi 10.1111/mec.12599

59. Trontin J.-F., Grandemange C., Favre J.-M. Two highly divergent 5S rDNA unit size classes occur in composite tandem array in European larch (Larix decidua Mill.) and Japanese larch (Larix kaempferi (Lamb.) Carr.). Genome. 1999;42(5):837-848. doi 10.1139/g99-015

60. Vischi M., Jurman J., Bianchi G., Morgante M. Karyotype of Norway spruce by multicolor FISH. Theor Appl Genet. 2003;107(4):591-597. doi 10.1007/s00122-003-1306-0

61. Wright J.W. Species crossability in spruce in relation to distribution and taxonomy. For Sci. 1955;1(4):319-340. doi 10.1093/forestscience/1.4.31

62. Zhang S.G., Yang W.H., Han S.Y., Han B.T., Li M.S., Qi L.W. Cytogenetic analysis of reciprocal hybrids and their parents between Larix leptolepis and Larix gmelinii: implications for identifying hybrids. Tree Genet Genomes. 2010;6(3):405-412. doi 10.1007/s11295-0090258-1


Рецензия

Просмотров: 19

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-3259 (Online)