ГЕНЕТИКА, 2007, том 43, № 6, с. 747-761
^ ГЕНЕТИКА ^^^^^^^^^^^^^^^^
РАСТЕНИЙ
УДК 575.2227:575.8533:576.316.7
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕТРАПЛОИДНЫХ ВИДОВ ОВСА С АС-ГЕНОМНЫМ СОСТАВОМ:
Avena insularis, A. magna И A. murphyi
© 2007 г. О. Ю. Шелухина1, Е. Д. Бадаева1' 2, И. Г. Лоскутов3, В. А. Пухальский1
1 Институт общей генетики им. НИ. Вавилова Российской академии наук, Москва 119991; факс: (495) 135-04-60; e-mail: sheluhina_olga@mail.ru 2 Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгелъгардта Российской академии наук, Москва 119991 3Всероссийский институт растениеводства им. НИ. Вавилова, Санкт-Петербург 190000
Поступила в редакцию 03.11.2006 г.
C помощью С-метода дифференциального окрашивания хромосом и гибридизации in situ с пробами рТа71 и рТА794 проведено сравнительное цитогенетическое исследование трех тетраплоидных видов овса с геномным составом АС: Avena magna, A. murphyi и A. insularis. Виды были сходны по структуре и рисункам С-дифференциального окрашивания ряда хромосом, а также локализации ло-кусов 5S рРНК генов и основных сайтов NOR, однако отличались по числу и локализации минорных локусов 45S рДНК и морфологии и распределению гетерохроматина на некоторых хромосомах. В соответствии с полученными данными, в филогенетическом отношении A. insularis более близок к A. magna, тогда как A. murphyi несколько обособлен от двух других видов. Можно предположить, что все три изученных вида ведут происхождение от одного общего тетраплоидного предка, а их дивергенция связана с различными видоспецифическими хромосомными перестройками. Эволюция A. murphyi, по-видимому, проходила независимо от двух других видов.
Тетраплоидные виды рода Avena делятся на четыре группы, отличающиеся по геномному составу. В состав первой группы входят виды, содержащие А- и В-геномы: A. barbata Pott., A. vaviloviana (Malz.) Mordv. и A. abyssinica Höchst. [1]. Все они генетически близки, о чем свидетельствует фер-тильность межвидовых гибридов [2].
Во вторую группу входит единственный многолетний автополиплоидный вид A. macrostachya Balan. [3]. На основании анализа структуры карио-типа было высказано предположение, что он имеет геномную формулу аА [2], однако, согласно данным мейотического анализа, уровень гомологии хромосом этого вида с диплоидными A. damascena Rajh. et Baum (Ad), A. prostrata Ladiz. (Ap), A. atlantica Baum (As) и A. canariensis Baum (Ac) очень мал [4, 5]. Результаты сравнительного исследования внутригенных транскрибируемых последовательностей ITS1 и lTS2 генов рибосомной РНК и последовательности 5.8S ядерных рРНК указывали на более близкое родство геномов A. macrostachya с группой С-геномов и соответственно ему была присвоена геномная формула CmCm [6].
Третью группу составляет эндемичный марокканский вид A. agadiriana Baum et Fedak, систематическое положение которого окончательно не установлено [7]. Анализ мейотической конъюгации хромосом в гибридах A. agadiriana с другими видами рода Avena [7], а также исследование его кариотипа с помощью метода С-дифференциаль-
ного окрашивания хромосом [8] свидетельствуют о более близком родстве A. agadiriana с представителями первой группы, хотя их геномы структурно дифференцированы в результате хромосомных перестроек.
В четвертую группу входят виды: A. magna Murphyi et Terr. (син. A. maroccana Gdgr.), A. murphyi Ladiz. [9-12] и недавно открытый тетрапло-идный вид A. insularis Ladiz. [13]. Виды этой и других групп либо не скрещиваются друг с другом, либо дают полностью или частично стерильное потомство, что свидетельствует о низком родстве их геномов [2]. Эти данные подтверждают результаты исследования кариотипов с помощью методов дифференциального окрашивания хромосом.
Анализ распределения гетерохроматина на хромосомах тетраплоидных видов овса показал, что у видов с АВ-геномным составом эухромати-ческие участки хромосом окрашены равномерно, а мелкие гетерохроматические блоки локализованы преимущественно в центромерных и тело-мерных участках. У видов с А- и С-геномами хромосомы характеризуются двумя типами окрашивания: семь пар хромосом показали слабое окрашивание эухроматических участков с мелкими ГХ блоками, локализованными теломерно и прицентромерно, другие же хромосомы выглядят более конденсированными и темными, что напо-
Таблица 1. Исследованные образцы овса и их происхождение
Вид № по каталогу ВИР Место сбора Координаты сбора
широта долгота
A. insularis ^2Q67 Италия, Сицилия, Gela 37°1Q' с.ш. 14°2Q' в.д.
A. insularis к-2Ш2* Италия, Сицилия, Gela 37°1Q' с.ш. 14°2Q' в.д.
A. murphyi к-198б Испания, Zahara de los Atunes 36°17' с.ш. 5°86' з.д.
A. murphyi ^2Q88* Испания, Gaucin 36°53' с.ш. 5°15' з.д.
A. murphyi к-2Ш1 Испания, Tarifa 36°Q1' с.ш. 5°5Q' з.д.
A. magna к-144 Марокко, Quazzane 34°58' с.ш. 5°23' з.д.
A. magna к-1б1 Марокко, Khemisset 33°7Q' с.ш. 6°31' з.д.
A. magna к-178б Марокко, Maazia 35°2Q' с.ш. 5°53' з.д.
A. magna к-1787* Марокко, Maazia 35°2Q' с.ш. 5°53' з.д.
A. magna к-1852 Марокко, Ar Rommani 33°53' с.ш. 6°48' з.д.
A. magna к-1863 Марокко, Tiflet 33°72' с.ш. 6°3Q' з.д.
A. magna к-1896 Марокко, Tetouan 34°81' с.ш. 6°13' з.д.
A. magna ^mQ Марокко, Maazia 35°2Q' с.ш. 5°53' з.д.
*Образцы, использованные для проведения гибридизации in situ.
минает характер окрашивания хромосом диплоидных видов - носителей С-геномов [14, 15].
Характер мейоза пентаплоидных гибридов A. magna X A. sativa позволил предположить, что A. magna мог участвовать в образовании гексап-лоидных видов овса [16]. Значение видов этой группы в эволюции полиплоидного овса подтверждают данные изоферментного анализа [17], исследования сателлитной ДНК [18] и изучения мейоза гибридов других видов этой группы с A. sativa L. [19-21]. Так, в мейозе гибридов A. insu-laris X A. sativa образуется до 23.2 хиазм, что существенно превышает число хиазм в мейозе гибридов культурного овса с A. magna (21.0) или A. mur-phyi (16.8) [13]. Эти данные предполагают более близкое родство A. insularis с возделываемым видом A. sativa в сравнении с A. magna или A. murphyi.
Анализ мейотической конъюгации хромосом у межвидовых гибридов A. murphyi, A. magna и A. insularis показал, что эти виды произошли от единого тетраплоидного предка и впоследствии ди-вергировали друг от друга в результате нескольких крупных хромосомных перестроек и других изменений хромосом, приведших к снижению уровня их гомологии [14, 22, 23]. Роль хромосомных перестроек в эволюции A. murphyi и A. magna подтверждают и результаты геномной гибридизации in situ [24, 25]. Несмотря на то, что до сих пор не удалось идентифицировать диплоидные овсы, участвовавшие в образовании AC-геном-ных видов, наиболее вероятными предками их геномов считаются A. canariensis - носитель Ас-генома и A. ventricosa Balan. - донор С-генома [26, 27]. Не исключено, однако, что эти тетраплоиды мог-
ли образоваться независимо друг от друга от одних и тех же или разных диплоидных предков.
В настоящем исследовании с помощью С-ме-тода дифференциального окрашивания хромосом был проведен сравнительный цитогенетиче-ский анализ нескольких образцов трех тетрапло-идных видов овса с АС-геномным составом для уточнения их филогенетического родства и оценки внутривидового полиморфизма. Помимо этого, геномы A. magna, A. insularis и A. murphyi были охарактеризованы методом гибридизации in situ с пробами 45S и 5S рРНК генов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе были изучены два образца Avena insularis, три образца A. murphyi и восемь - A. magna различного происхождения из коллекции Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова (табл. 1).
Пробы ДНК. Клон рТа794 является BamHI-фрагментом 5S рДНК пшеницы длиной 410 пн, клонированным в плазмиде pBR322 [28]. Клон рТа71 представляет собой ßcoRI-фрагмент генов 18S-26S рДНК длиной 9 тпн, выделенных из пшеницы и субклонированных в плазмиде pUC19 [29]. Пробы ДНК метили биотином или дигоксигени-ном с помощью ник-трансляции в соответствии с рекомендациями фирмы-производителя ("Roche", Germany). Для гибридизации in situ использовали протокол, приведенный в работе [30], с небольшими модификациями.
Исследование кариотипов проводили с помощью стандартного метода С-дифференциального
Рис. 1. Дифференциально окрашенные метафазные пластинки видов овса: a - A. magna (к-1787), б - A. murphyi (к-2088), в - A. insularis (к-2102).
A10
C2 A9
C6
A13
C5
C4
C1
A14
л т
C3 C2
A12 A14
A8
C7 C6 C6
L A10
A11
A8
с
A13
C7
A9
A12
C3
C1 C5
С V jt
C4 A11
окрашивания хромосом [31]. Поскольку гомеоло-гия индивидуальных хромосом овса неизвестна, классификацию хромосом каждого из исследованных нами видов проводили по цитологической номенклатуре. Известно, что хромосомы А- и С-геномов отличаются по содержанию и характеру распределения гетерохроматина, в связи с чем их можно легко дифференцировать по этому признаку. На первом этапе мы разделяли хромосомы видов по А- и С-геномам, а затем в пределах каждого из них хромосомы ранжировали по длине.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Цитогенетическое исследование подтвердило, что все исследованные образцы A. murphyi, A. magna и A. insularis являются тетраплоидами 2n = = 4х = 28 с геномным составом AC. Хромосомы генома А характеризуются невысоким содержанием гетерохроматина, представленного мелки-
ми, но четкими С-блоками, расположенными в ин-терстициальных участках хромосом. Хромосомы генома С, как правило, крупнее хромосом А-гено-ма. Их основную часть составляет так называемый "диффузный" гетерохроматин (дифГХ), имеющий более темную в сравнении с эухромати-ческими районами окраску и нечеткие границы. На его фоне можно наблюдать более ярко окрашенные и четко очерченные гетерохроматические блоки (рис. 1).
Avena insularis Ladiz.
Стебли восходящие. Листья вертикальные, не-опушенные. Междоузлия и узлы голые. Язычок удлиненный. Метелка короткая, малоколосковая, односторонняя, поникающая, рыхлая. Колоски большого размера, трехмногоцветковые. Колосковые чешуи длинные, почти равные, с 9-10 жилками. Цветковые чешуи средней длины, силь-
a A. magna дA. murphyi "
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.