Цитологічна стабільність пшеничних амфідиплоїдів і сортів пшениці в мейозі І

Автор(и)

  • Viktoriia Plyhun Національний університет «Києво-Могилянська академія», Ukraine
  • Tetiana Iefimenko Національний університет «Києво-Могилянська академія», Ukraine https://orcid.org/0000-0001-7814-7588
  • Maksym Antonyuk Національний університет «Києво-Могилянська академія», Ukraine https://orcid.org/0000-0002-5877-969X
  • Tamara Ternovska Національний університет «Києво-Могилянська академія», Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.18523/2617-4529.2020.3.3-13

Ключові слова:

пшениця м’яка, геномно-заміщені амфідиплоїди, мікроспорогенез, мікрогаметогенез, макроспорогенез

Анотація

Інтрогресія генів, що контролюють корисні ознаки, до генофонду пшениці м’якої не втрачає своєї актуальності. Звичайним мостом для перенесення чужинних генів є пшеничні амфідиплоїди. Однією з умов успішного використання амфідиплоїдів як джерела чужинних генів є їхня цитологічна стабільність та фертильність. Цитологічну стабільність пшеничних геномно-заміщених амфідиплоїдів Авротіка та Авроале визначили через характеристику подій мейозу на різних його стадіях шляхом вивчення цитологічних препаратів. Амфідиплоїди характеризувались відхиленнями від бівалентної кон’югації хромосом з появою мультивалентних хромосомних асоціацій і унівалентів у метафазі І. У анафазі спостерігали мости. Уніваленти і фрагменти, утворені після розриву мостів, спричиняли появу мікроядер у тетрадах. Мейотичний індекс, розрахований на підставі кількісної характеристики зразків амфідиплоїдів за появою мікроядер і поліад, виявився однаковим для Авротіки та Авроале і перебував у межах 64–69 %. Кон’югація хромосом сортів пшениці м’якої, вивчених для порівняння, була бівалентною з абсолютною перевагою закритих бівалентів у метафазних пластинках. Процес гаметогенезу в амфідиплоїдів супроводжується іноді появою третього генеративного ядра в чоловічому гаметофіті. Отримані характеристики мейозу пояснюють зниження насіннєвої фертильності Авротіки та особливо Авроале в порівнянні з сортами пшениці м’якої.

Матеріал надійшов 13.04.2020

Біографії авторів

Viktoriia Plyhun, Національний університет «Києво-Могилянська академія»

бакалавр біології, студентка МП «Молекулярна біологія» кафедри
біології НаУКМА

v.plyhun@ukma.edu.ua

Tetiana Iefimenko, Національний університет «Києво-Могилянська академія»

кандидат біологічних наук, старший викладач кафедри біології НаУКМА

t.iefimenko@ukma.edu.ua

Maksym Antonyuk, Національний університет «Києво-Могилянська академія»

доктор біологічних наук, професор кафедри біології НаУКМА

antonyuk.m@ukma.edu.ua

Tamara Ternovska, Національний університет «Києво-Могилянська академія»

доктор біологічних наук, завідувач кафедри біології НаУКМА

ternovska@ukma.edu.ua

Посилання

  1. Mochida K, Tsujimoto H, Sasakuma T. Confocal analysis of chromosome behavior in wheat×maize zygotes. Genome. 2004;47:199–205. DOI: 10.1139/g03-123
  2. Tonosaki K, Osabe K, Kawanabe T, Fujimoto R. The importance of reproductive barriers and the effect of allopolyploidization on crop breeding. Breed Sci. 2016;66(3):333–349. DOI: 10.1270/jsbbs.15114
  3. Zhang J, Feng C, Su H, Liu Y, Liu Y, Han F. The cohesin complex subunit ZmSMC participates in meiotic centromere pairing in maize. The plant cell. 2020. DOI: 10.1105/tpc.19.00834
  4. Lambing C, Tock JA, Topp DS, Choi K, Kuo CP, Zhao X, et al. Interacting genomic landscapes of REC8-cohesin, chromatin and meiotic recombination in Arabidopsis thaliana. The plant cell. 2020. DOI: 10.1105/tpc.19.00866
  5. Ishiguro K, Watanabe Y. Chromosome cohesion in mitosis and meiosis. Journal of cell science. 2007;120:367–9. DOI: 10.1242/jcs.03324
  6. Kwiatek TM, Majka J, Majka M, Belter J. Adaptation of the pivotal-differential genome pattern for the induction of intergenomic chromosome recombination in hybrids of synthetic amphidiploids within Triticeae Tribe. Front. Plant Sci. 2017. DOI: 10.3389/fpls.2017.01300
  7. Tiwari KV, Rawat N, Neelam K, Kumar S, Randhawa SG, and Dhaliwal SH. Random chromosome elimination in synthetic Triticum–Aegilops amphiploids leads to development of a stable partial amphiploid with high grain micro- and macronutrient content and powdery mildew resistance. Genome. 2010. DOI: 10.1139/G10-083
  8. Zhirov EG. Wheat genomes: research and rearrangement [dissertation]. Krasnodar, Russia; Lukianenko Krasnodar Research Institute of Agriculture; 1989. 389 p.
  9. Colas I. A study of the mechanisms of meiosis in wheat [dissertation]. University of East Anglia Norwich Research Park, Colney Lane, Norwich NR4 7UH; 2008. 189 p.
  10. Siddiqui NU, Stronghill PE, Dengler RE, Hasenkampf CA, Riggs CD. Mutations in Arabidopsis condensin genes disrupt embryogenesis, meristem organization and segregation of homologous chromosomes during meiosis. Development. 2003; 1304(1):3283–95. DOI: 10.1242/dev.00542
  11. Ma H. A Molecular Portrait of Arabidopsis Meiosis. Arabidopsis Book. 2006 Jun 6;4:e0095. DOI: 10.1199/tab.0095
  12. Che L, Tang D, Wang K, Wang M, Zhu K, Yu H, et al. OsAM1 is required for leptotene-zygotene transition in rice. Cell Res. 2011 Jan 11;21(4):654–65. DOI: 10.1038/cr.2011.7
  13. Mercier R, Vezon D, Bullier E, Juan C. Motamayor, Aurélie Sellier, et al. SWITCH1 (SWI1): a novel protein required for the establishment of sister chromatid cohesion and for bivalent formation at meiosis. Genes Dev. 2001 Jul 15;15(14):1859–71. DOI: 10.1101/gad.203201
  14. Mercier R, Armstrong SJ, Horlow C, Jackson NP, Makaroff CA, Vezon D, et al. The meiotic protein SWI1 is required for axial element formation and recombination initiation in Arabidopsis. Development. 2003 Jul;130(14):3309–18. DOI: 10.1242/dev.00550
  15. Pawlowski WP, Chung-Ju RW, Golubovskaya IN, Szymaniak JM, Liang S, Hamant O, et al. Maize AMEIOTIC1 is essential for multiple early meiotic processes and likely required for the initiation of meiosis. Proc Natl Acad Sci USA. 2009 Feb 9;106(9):3603–8. DOI: 10.1073/pnas.0810115106
  16. Kihara H. Wheat studies. Retrospect and prospects. Tokyo: Kodansha LTD, Amsterdam-Oxford-New York; 1982. 308 p.
  17. Seifert F, Bössow S, Kumlehn J, Gnad H, Scholten S. Analysis of wheat microspore embryogenesis induction by transcriptome and small RNA sequencing using the highly responsive cultivar “Svilena”. BMC Plant Biol. 2016 Apr 21;16:97. DOI: 10.1186/s12870-016-0782-8
  18. Cai X and Xu SS. Meiosis-Driven Genome Variation in Plants. Curr Genomics. 2007 May;8(3):151–161. DOI: 10.2174/138920207780833847
  19. Grando MF, Moraes-Fernandes MI. Two point deterministic model for acquisition of in vitro pollen grain androgenetic capacity based on wheat studies. Brazilian Journal of Genetics. 1997 Sept.;1678–4502. DOI: 10.1590/s0100-84551997000300018
  20. Feldman M, Levy AA, Fahima T, Korol A. Genomic asymmetry in allopolyploid plants: wheat as a model. J Exp Bot. 2012;14:5045–59. DOI: 10.1093/jxb/ers192
  21. Xie Q, Kang H, Sparkes DL, Tao S, Fan XM, Xu L, et al. Mitotic and meiotic behavior of rye chromosomes in wheat – Psathyrostachys huashanica amphiploid x triticale progeny. Genetics and molecular research. 2013;12(3):2537–48. DOI: 10.4238/2013.january.4.16
  22. Greer E, Martín AC, Pendle A, Colas I, Jones AME, Moore G, et al. The Ph1 Locus Suppresses Cdk2-Type Activity during Premeiosis and Meiosis in Wheat. The Plant Cell. 2012 Jan. DOI: 10.1105/tpc.111.094771
  23. Zhao N, Zhu B, Li MJ, Wang L, Xu LY, Zhang H, et al. Extensive and heritable epigenetic remodeling and genetic stability accompany allohexaploidization of wheat. Genetics. 2011;188:499–509. DOI: 10.1534/genetics.111.127688
  24. An H, Hu M, Li P, Geng G, Zhang Q, Zhang S. Chromosomal behavior during meiosis in the progeny of Triticum timopheevii × hexaploid wild oat. PLoS ONE. 2015 May;10(5):e0126398. DOI: 10.1371/journal.pone.0126398
  25. Love RM. Varietal differences in meiotic chromosomes behavior of Brazilian wheats. Agron. J. 1951;43:72–6.
  26. Seifert F, Bössow S, Kumlehn J, Gnad H, Scholten S. Analysis of wheat microspore embryogenesis induction by transcriptome and small RNA sequencing using the highly responsive cultivar “Svilena”. BMC Plant Biology. 2016. DOI: 10.1186/s12870-016-0782-8
  27. Tanaka I. Differentiation of generative and vegetative cells in angiosperm pollen. Sex Plant Reprod. 1997;10:1–7.
  28. Win KT, Kubo T, Miyazaki Y, Doi K, Yamagata Y, Yoshimura A. Identification of two loci causing F1 pollen sterility in inter- and intraspecific crosses of rice. Breeding Science. 2009;59:411–8. DOI: 10.1270/jsbbs.59.411
  29. Wang C-J, Dai S-F, Zhang L-Q, Zheng Y-L. Formation of unreduced gametes is impeded by homologous chromosome pairing in tetraploid Triticum turgidum × Aegilops tauschii hybrids. Euphytica. 2010 Oct;175(3):323–9. DOI: 10.1007/s10681-010-0173-4

##submission.downloads##

Як цитувати

1.
Plyhun V, Iefimenko T, Antonyuk M, Ternovska T. Цитологічна стабільність пшеничних амфідиплоїдів і сортів пшениці в мейозі І. NRPBE [інтернет]. 21, Липень 2020 [цит. за 23, Вересень 2023];3:3-13. доступний у: http://nrpbe.ukma.edu.ua/article/view/208332

Номер

Том 3 (2020): Наукові записки НаУКМА. Біологія і екологія

Розділ

Біологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Viktoriia Plyhun, Tetiana Iefimenko, Maksym Antonyuk, Tamara Ternovska

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:

а) Автори зберігають за собою авторські права на твір на умовах ліцензії CC BY 4.0 Creative Commons Attribution International License, котра дозволяє іншим особам вільно поширювати (копіювати і розповсюджувати матеріал у будь-якому вигляді чи форматі) та змінювати (міксувати, трансформувати, і брати матеріал за основу для будь-яких цілей, навіть комерційних) опублікований твір на умовах зазначення авторства.

б) Журнал дозволяє автору (авторам) зберігати авторські права без обмежень.

в) Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо поширення твору (наприклад, розміщувати роботу в електронному репозитарії), за умови збереження посилання на його першу публікацію. (Див. Політика Самоархівування)

г) Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у репозитаріях) тексту статті, як до подання його до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).