З’ясування походження каріотипу Iris pumila L.
Анотація
Мета. Метою роботи було проведення порівняльного цитогенетичного аналізу рослин Iris pumila, I. attica та I. pseudopumila, дослідження каріотипів цих видів, а також з’ясування походження каріотипу I. pumila. Методи. Цитогенетичний аналіз клітин кореневої меристеми, визначення хромосомного числа у метафазах мітозів, проведення анафазного аналізу. Результати. Встановлено хромосомні числа 2n=32 для I. pumila з різних місць зростання на території України і 2n=16 для I. attica та I. pseudopumila, що зростають на території Греції та Італії відповідно. Рослини характеризувалися міксоплоїдією, рівень якої був найнижчим для I. pseudopumila – 10,9 % та найвищим для I. pumila з усіх досліджених популяцій – 60–80 %. Анафазний аналіз виявив 2,6 % клітин із хромосомними порушеннями у клітинах корінців проростків I. pseudopumila. Найвищим рівень структурних перебудов хромосом був у клітинах апікальної меристеми корінців проростків I. pumila – 9,2 %. Висновки. Визначено хромосомні числа 2n=32 для досліджених рослин I. pumila та 2n=16 для рослин I. attica та I. pseudopumila. Виявлено високий рівень міксоплоїдії (60–80% міксоплоїдних рослин) та анафазних аберацій хромосом (до 9,2 %) в апікальній меристемі корінців проростків I. pumila. Встановлено амфідиплоїдну природу I. pumila, каріотип якого міг утворитися внаслідок комбінації хромосомних наборів гіпотетичних предкових видів I. attica та I. pseudopumila.
Ключові слова: Iris pumila L., Iris attica Boiss. & Heldr., Iris pseudopumila Tineo, хромосомне число, амфідиплоїд, міксоплоїдія.
Посилання
Madlung A. Polyploidy and its effect on evolutionary success: old questions revisited with new tools. Heredity. 2013. Vol. 110. P. 99–104. doi: 10.1038/hdy.2012.79
Alix K., Gerard P.R., Schwarzacher T., Heslop-Harrison J.S. Polyploidy and interspecific hybridization: partners for adaptation, speciation and evolution in plants. Ann. Bot. 2017. Vol. 120. P. 183–194. doi: 10.1093/aob/mcx079
Levin D.A. The role of chromosomal change in plant evolution. New York: Oxford University Press, 2002. 230 p.
Оtto S.P. The evolutionary consequences of polyploidy. Cell. 2007. Vol. 131. P. 452–462. doi: 10.1016/j.cell.2007.10.022
Ramsey J., Schemske D.W. Pathways, mechanisms, and rates of polyploid formation in flowering plants. Annu. Rev. Ecol. Syst. 1998. Vol. 29. P. 467–501. doi: 10.1146/annurev.ecolsys.29.1.467
Robertson A., Rich T.C., Allen A.M., Houston L., Roberts C., Bridle J.R., Harris S.A., Hiscock S.J. Hybridization and poly-ploidy as drivers of continuing evolution and speciation in Sorbus. Mol. Ecol. 2010. Vol. 19. P. 1675–1690. doi: 10.1111/j.1365-294X.2010.04585.x
Alsayied N., Fernández J.A., Schwarzacher T., Heslop-Harrison J.S. Diversity and relationships of Crocus sativus and its rela-tives analysed by inter-retroelement amplified polymorphism (IRAP). Ann. Bot. 2015. Vol. 116. P. 359–368. doi: 10.1093/aob/mcv103
Rodionov A.V. Poliploidiia i mezhvidovaia gibridizatsiia v evoliutsii tsvetkovykh rasteniy. Vavilovskii zhurnal genetiki i seleksii. 2013. Vol. 17, No 4/2. P. 916–929. [in Russian]
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. 2011. Vol. 108. P. 7908–7913. doi: 10.1073/pnas.1014138108
Udall J.A., Wendel J.F. Polyploidy and crop improvement. Crop Sci. 2006. Vol. 46. P. 3–14. doi: 10.2135/cropsci2006.07.0489tpg
Van de Peer Y., Mizrachi E., Marchal K. The evolutionary significance of polyploidy. Nat. Rev. Genet. 2017. Vol. 18. P. 411–424. doi: 10.1038/nrg.2017.26
Jiao Y., Wickett N.J., Ayyampalayam S., Chanderbali A.S., Landherr L., Ralph P. E., Tomsho L.P. Hu Y., Liang H., Soltis P.S., Soltis D.E., Clifton S.W., Schlarbaum S.E., Schuster S.C., Ma H., Leebens-Mack J., de Pamphilis C.W. Ancestral polyploidy in seed plants and angiosperms. Nature. 2011. Vol. 473. P. 97–100. doi: 10.1038/nature09916
D’Hont A., Denoeud F., Aury J.-M., Baurens F.-C., Carreel F., Garsmeur O., Noel B., Bocs S., Droc G., Rouard M. et al. The banana (Musa acuminata) genome and the evolution of monocotyledonous plants. Nature. 2012. Vol. 488. P. 213–217. doi: 10.1038/nature11241
Husband B.C., Baldwin S.J., Suda J. The incidence of polyploidy in natural plant populations: major patterns and evolutionary processes. In: Leitch I.J., Greilhuber J., Dolezel J., Wendel J.F., eds. Plant genome diversity. 2: Physical structure, behaviour and evolution of plant genomes. Dordrecht: Springer. 2013. P. 255–276. doi: 10.1007/978-3-7091-1160-4_16
Weiss-Schneeweiss H., Emadzade K., Jang T.S., Schneeweiss G.M. Evolutionary consequences, constraints and potential of polyploidy in plants. Cytogenet. Genome Res. 2013. Vol. 140. P. 137–150. doi: 10.1159/000351727
Salman-Minkov A., Sabath N., Mayrose I. Whole-genome duplication as a key factor in crop domestication. Nature Plants. 2016. Vol. 2. P. 1–4. doi: 10.1038/nplants.2016.115
Ramsey J. Polyploidy and ecological adaptation in wild yarrow. Proc. Natl. Acad. Sci., U.S.A. 2011. Vol. 108. P. 7096–7101. doi: 10.1073/pnas.1016631108
Herben T., Suda J., Klimesova J. Polyploid species rely on vegetative reproduction more than diploids: a re-examination of the old hypothesis. Ann. Bot. 2017. Vol. 120. P. 341–349. doi: 10.1093/aob/mcx009
Badaeva E.D., Salina E.A. Struktura genoma i khromosomnyj analiz rastenij. Vavilovskii zhurnal genetiki i seleksii. 2013. Vol. 17, No 4/2. P. 1017–1042.
Simonet M. Nouvelles recherches cytologiques et génétiques chez les Iris. Ann. Sci. Nat. Bot. 1934. Vol. 16. P. 229–383.
Mitra J. Karyotype analysis of bearded iris. Bot. Gaz. 1956. Vol. 117. P. 265–293.
Twardovska M.O., Kunakh V.A. In vitro culture initiation of Iris pumila L. Plant introduction. 2013. No 3. P. 29–33.
Kunakh V.A., Levenko B.A. Modifikaciia metoda davlenykh preparatov dlia izucheniia khromosom v kletkakh kul'tury tkanej rastenij. Cytol. Genet. (Tsitologiya i genetika). 1975. Vol. 9, No 1. P. 56–60.
Plokhinskij N.A. Biometriia: uchebnoe posobie. Izdanie 2-e. Moskva: Izd-vo MGU, 1970. 367 p.
Twardovska M.O., Andreev I.O., Kunakh V.A. Intraspecific chromosomal polymorphism of Iris pumila L. from the territory of Ukraine. Cytol. Genet. 2015. Vol. 49, No 5. P. 322–327. doi: 10.3103/S0095452715050096
Twardovska M.O., Andreev I.O., Kunakh V.A. Introduction into in vitro culture and cytogenetic analysis of Iris attica Boiss. & Heldr. and Iris pseudopumila Tineo plants. Visn. ukr. tov. genet. sel. 2018. T. 16, No 2. Р. 203–211. doi: 10.7124/visnyk.utgis.16.2.1058
Randolph L.F., Mitra J. Karyotypes of Iris pumila and related species. Am. J. Bot. 1959. Vol. 46, No 2. P. 93–102. doi: 10.2307/2439464.
Kunakh V.A. Biotechnology of medicinal plants. Genetic, physiological and biochemical basis. Kyiv: Logos, 2005. 724 p.
Anderson E. The species problem in Iris. Ann. Missouri Bot. Gard. 1936. Vol. 23. P. 457–509.
Lim K.Y., Matyasek R., Kovarik A., Leitch A. Parental Origin and Genome Evolution in the allopolyploid Iris versicolor. Ann. Bot. 2007. Vol. 100. P. 219–224. doi: 10.1093/aob/mcm116
Skalicka K., Lim K.Y., Matyasek R., Matzke M., Leitch A.R., Kovarik A. Preferential elimination of repeated DNA sequences from the paternal, Nicotiana tomentosiformis genome donor of a synthetic allotetraploid tobacco. New Phytologist. 2005. Vol. 166. P. 291–303. doi: 10.1111/j.1469-8137.2004.01297.x
Hasterok R., Wolny E., Kulak S., Zdziechiewicz A., Maluszynska J., Heneen W.K. Molecular cytogenetic analysis of Brassica rapa–Brassica oleracea var. alboglabra monosomic addition lines. Theor. Appl. Genet. 2005. Vol. 111. P. 196–205. doi: 10.1007/s00122-005-1942-7
Soltis D.E., Soltis P.S., Pires J.C., Kovarik A., Tate J.A., Mavrodiev E. Recent and recurrent polyploidy in Tragopogon (Asteraceae): cytogenetic, genomic and genetic comparisons. Biol. J. Linn. Soc. 2004. Vol. 82. P. 485–501. doi: 10.1111/j.1095-8312.2004.00335.x
Abbott R.J., Lowe A.J. Origins, establishment and evolution of two new polyploid species: Senecio cambrensis and S. eboracensis in the British Isles. Biol. J. Linn. Soc. 2004. Vol. 82. P. 467–474. doi.org/10.1111/j.1095-8312.2004.00333.x
Soltis D.E., Soltis P.S. Polyploidy: recurrent formation and genome evolution. Trends Ecol. Evol. 1999. Vol. 14. P. 348–352. doi: 10.1016/s0169-5347(99)01638-9
Wendel J.F. Genome evolution in polyploids. Plant Mol. Biol. 2000. Vol. 42. P. 225–249. doi: 10.1007/978-94-011-4221-2_12
