Гены партеногенеза кукурузы: сравнительный анализ мутаций

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Приведен анализ полиморфизма нуклеотидных последовательностей генов, предположительно связанных с партеногенетическим развитием зародыша и эндосперма у кукурузы. С помощью секвенирования и последующего множественного выравнивания транскриптов целевых генов (Hdt104, Chr106, Fie1 и Fie2) исследуемых в работе партеногенетических линий АТ-1, АТ-3 и АТ-4 и референсной линии кукурузы B73 определено наличие однонуклеотидных замен, делеций и вставок, построены филогенетические деревья по изучаемым генам.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. М. Моисеева

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, Федеральный исследовательский центр “Саратовский научный центр Российской академии наук”

Email: chumakov_m@ibppm.ru
Россия, Саратов, 410049

В. В. Фадеев

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, Федеральный исследовательский центр “Саратовский научный центр Российской академии наук”

Email: chumakov_m@ibppm.ru
Россия, Саратов, 410049

Ю. В. Фадеева

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, Федеральный исследовательский центр “Саратовский научный центр Российской академии наук”

Email: chumakov_m@ibppm.ru
Россия, Саратов, 410049

С. И. Мазилов

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, Федеральный исследовательский центр “Саратовский научный центр Российской академии наук”

Email: chumakov_m@ibppm.ru
Россия, Саратов, 410049

А. Ю. Колесова

Федеральный аграрный научный центр Юго-Востока

Email: chumakov_m@ibppm.ru
Россия, Саратов, 410010

М. И. Чумаков

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, Федеральный исследовательский центр “Саратовский научный центр Российской академии наук”

Автор, ответственный за переписку.
Email: chumakov_m@ibppm.ru
Россия, Саратов, 410049

Список литературы

  1. Белова И., Тараканова Т., Абдырахманова Э. и др. Хромосомный контроль апомиксиса у гибридов кукурузы с гамаграссом // Генетика. 2010. Т. 46. № 9. С. 1188–1191 (Belova I.V., Tarakanova T.K., Abdyrahmanova E.A. et al. Chromosome control of apomixis in maize-gamagrass hybrids / Russ. J. Genet. 2010. V. 46. P. 1055–1057. https://doi.org/10.1134/S1022795410090103
  2. Grimanelli D. Epigenetic regulationof reproductive development and the emergence of apomixes in angiosperms // Current Opinion in Plant Biology. 2012. V. 15. P. 57–62. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2011.10.002
  3. Koltunow A.M., Grossniklaus U. Apomixis: A developmental perspective // Annual Review of Plant Biology. 2003. Т. 54. № 1. С. 547–574. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.54.110901.160842
  4. Bicknell R., Koltunow A. Understanding apomixis: Recent advances and remaining conundrums // The Plant Cell. 2004. V. 16. P. 228–245. https://doi.org/10.1105/tpc.017921
  5. Bradley J., Carman J., Jamison M., Naumova T. Heterochronic features of the female germline among several sexual diploid Tripsacum L. (Andropogoneae, Poaceae) // Sex. Plant Reprod. 2007. V. 20. P. 9–17. https://doi.org/10.1007/s00497-006-0038-0
  6. Sauter M., Wiegen P., Lörz H., Kranz E. Cell cycle regulatory genes from maize are differentially controlled during fertilization and first embryonic cell division // Sex Plant Reprod. 1998. V. 11. Р. 41–48. https://doi.org/10.1007/s004970050119
  7. Liu X., Fu J., Gu D. et al. Genome-wide analysis of gene expression profiles during the kernel development of Zea mays // Genomics. 2008. V. 91. P. 378–387. https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2007.12.002
  8. Garcia-Aguilar M., Michaud C., Leblanc O., Grimanelli D. Inactivation of a DNA methylation pathway in maize reproductive organs results in apomixis-like phenotypes // The Plant Cell. 2010. V. 22. P. 3249–3267. https://doi.org/10.1105/tpc.109.072181
  9. Leblanc O., Grimanelli D., Hernandez-Rodriguez M. et al. Seed development and inheritance studies in apomictic maize – Tripsacum hybrids reveal barriers for the transfer of apomixis into sexual crops // Int. J. Dev. Biol. 2009. V. 53. P. 585–596. https://doi.org/10.1387/ijdb.082813ol
  10. Matsuoka Y. Original matters: Lessons from the search for the wild ancestors of maize // Breeding Sci. 2005. V. 33. P. 383–390. ttps://doi.org/10.1270/jsbbs.55.383
  11. Тырнов B.C., Еналеева Н.Х. Автономное развитие зародыша и эндосперма у кукурузы // Докл. АН СССР. 1983. Т. 272. № 3. С. 722–725.
  12. Еналеева Н.Х., Тырнов В.С., Селиванова Л.П., Завалишина А.Н. Одинарное оплодотворение и проблема гаплоиндукции у кукурузы // Докл. АН СССР. 1997. Т. 353. С. 405–407.
  13. Kolesova A.Y., Tyrnov V.S. Embryological peculiarities of tetraploid parthenogenetic maize forms // Maize Genet. Cooperation Newsletter. 2012. V. 85. P. 65–66.
  14. Гуторова О.В., Апанасова Н.В., Юдакова О.И. Создание генетически маркированных линий кукурузы с наследуемым и индуцированным типами партеногенеза // Изв. Самарского науч. центра Российской акад. наук. 2016. T. 18. № 2. C. 341–344.
  15. Danilevskaya O.N., Hermon P., Hantke S. et al. Duplicated fie genes in maize: Expression pattern and imprinting suggest distinct functions // Plant Cell. 2003. V. 15. P. 425–438. https://doi.org/10.1105/tpc.006759
  16. Hermon P., Srilunchang K., Zou J. et al. Activation of the imprinted Polycomb group Fie1 gene in maize endosperm requires demethylation of the maternal allele // Plant Mol. Biol. 2007. V. 64. Р. 387–395. https://doi.org/10.1007/s11103-007-9160-0
  17. Makarevitch I., Eichten S.R., Briskine R. et al. Genomic distribution of maize facultative heterochromatin marked by trimethylation of H3K27 // Plant Cell. 2013. V. 25. P. 780–793. https://doi.org/10.1105/tpc.112.106427
  18. Li Q., Eichten S.R., Hermanson P.J. et al. Genetic perturbation of the maize methylome // Plant Cell. 2014. V. 26. P. 4602–4616. https://doi.org/10.1105/tpc.114.133140
  19. Чумаков М.И., Мазилов С.И. Генетический контроль гиногенеза у кукурузы (обзор) // Генетика. 2022. Т. 58. № 4. C. 388–397. doi: 10.31857/S001667582204004X (Chumakov M. I., Mazilov S. I. Genetic control of maize gynogenesis // Rus. J. Genet. 2022. V. 58. № 4. P. 384–392. https://doi.org/10.1134/S1022795422040044
  20. Volokhina I., Gusev Y., Moiseeva Y. et al. Expression of genes coding for chromatin-modifying enzymes maize embryo sacs before and after pollination // Plant Gene. 2020. V. 22. https://doi.org/10.1016/j.plgene.2020.100221
  21. Volokhina I., Gusev Y., Moiseeva Y. et al. Gene expression in parthenogenic maize proembryos // Plants. 2021. V. 10. https://doi.org/10.3390/plants10050964
  22. Mozgova I., Kohler C., Hennig L. Keeping the gate closed: Functions of the polycomb repressive complex PRC2 in development // The Plant J. 2015. V. 83. P. 121–132. https://doi.org/10.1111/tpj.12828
  23. Grossniklaus U., Vielle-Calzada J.P., Hoeppner M.A., Gagliano W.B. Maternal control of embryogenesis by MEDEA, a polycomb group gene in Arabidopsis // Science. 1998. V. 280. P. 446–450. https://doi.org/10.1126/science.280.5362.446
  24. Luo M., Bilodeau P., Koltunow A. et al. Genes controlling fertilization-independent seed development in Arabidopsis thaliana // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1999. V. 96. № 1. P. 296–301. https://doi.org/10.1073/pnas.96.1.296
  25. Ohad N., Yadegari R., Margossian L. et al. Mutations in FIE, a WD Polycomb group gene, allow endosperm development without fertilization // Plant Cell. 1999. V. 11. P. 407–416. https://doi.org/10.1105/tpc.11.3.407
  26. Luo M., Platten D., Chaudhury A. et al. Expression, imprinting, and evolution of rice homologs of the polycomb group genes // Mol. Plant. 2009. V. 2. № 4. P. 711–723. https://doi.org/10.1093/mp/ssp036
  27. Wu X., Xie L., Sun X. et al. Mutation in Polycomb repressive complex 2 gene OsFIE2 promotes asexual embryo formation in rice // Nat. Plants. 2023. V. 9. № 11. P. 1848–1861. https://doi.org/10.1038/s41477-023-01536-4
  28. Enaleeva N.Ch., Tyrnov V.S. Cytological manifestation of apomixis in AT-1 plants of corn // Maize Genet. Cooperation Newsletter. 1997. № 71. P. 74–75.
  29. Coe E.H. A line of maize with high haploid frequency // Am. Naturalist. 1959. V. 59. P. 381–382. https://doi.org/10.1086/282098
  30. Апанасова Н.В., Гуторова О.В., Юдакова О.И., Смолькина Ю.В. Особенности строения и развития женских генеративных структур у линий кукурузы с наследуемым и индуцированным типами партеногенеза // Изв. Самарского науч. центра Российской акад. наук. 2017. Т. 19. № 2 (2). С. 216–219.
  31. Tyrnov V.S. Producing of parthenogenetic forms of maize // Maize Genet. Cooperation Newsletter. 1997. V. 71. P. 73–74.
  32. Tyrnov V.S., Smolkina Y.V., Titovets V.V. Estimation of parthenogenesis frequency on the grounds of genetical and embryological data // Maize Genet. Cooperation Newsletter. 2001. V. 75. P. 56–57.
  33. Tamura K., Nei M., Kumar S. Prospects for inferring very large phylogenies by using the neighbor-joining method // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2004. V. 101 (30). P. 11030–11035. https://doi.org/10.1073/pnas.04042061
  34. Tamura K., Stecher G., Kumar S. MEGA 11: Molecular evolutionary genetics analysis version 11 // Mol. Biol. Evol. 2021. V. 38 (7). P. 3022–3027. https://doi.org/10.1093/molbev/msab120
  35. Смолькина Ю.В. Особенности развития завязей у партеногенетических линий кукурузы без опыления // Бюл. Ботан. сада Саратовского гос. ун-та. 2003. № 2. С. 197–201.
  36. Еналеева Н.Х., Тырнов В.С. Цитологическое проявление элементов апомиксиса у линии кукурузы АТ-1 и ее гибридов // Апомиксис у растений: состояние, проблемы и перспективы исследования. Саратов, 1994. С. 57–59.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зародышевый мешок (ЗМ) кукурузы диплоидной линии АТ-4, содержащий партеногенетические зародыш и эндосперм. Неопыленный ЗМ выделен через 10 дней после изоляции пестичных нитей. Полевой сезон 2022 г. Тонкой стрелкой показан партеногенетический (36-клеточный) зародыш; толстой стрелкой показан 4-ядерный партеногенетический эндосперм. Ув. × 400, микроскоп – Axio Scope A1 (Karl Zeiss, Германия).

Скачать (197KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Выравнивание нуклеотидных последовательностей транскриптов гена Zm_Chr106 линий КМ, АТ-3 и АТ-4 и референсной линии B73. Точками показано нуклеотидное сходство с последовательностью референсной линии В73; ОНЗ у линий КМ, ЗМС-8 и ЗМС-П обозначены буквами; дефис обозначает отсутствие нуклеотида, рамка обозначает вставку нуклеотида; на рисунке представлены фрагменты гена, в которых обнаружены мутации.

Скачать (918KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Множественное выравнивание нуклеотидных последовательностей гена Zm_Fie1 линий кукурузы саратовской селекции и референсной линии B73. Точками показано нуклеотидное сходство с последовательностью референсной линии В73; ОНЗ у линий АТ-1, АТ-3, АТ-4 обозначены буквами; дефис обозначает отсутствие нуклеотида; на рисунке представлены фрагменты гена, в которых обнаружены мутации.

Скачать (490KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Множественное выравнивание фрагмента нуклеотидных последовательностей гена Zm_Fie2 партеногенетических линий кукурузы АТ саратовской селекции и референсной линии B73. Выделенные буквы обозначают нуклеотидные замены.

Скачать (738KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Филограмма линий кукурузы, построенная по гену Zm_Chr106 с помощью программы MEGA 11. Квадратами отмечены исследованные в данной статье линии

Скачать (331KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Филограмма линий кукурузы, построенная по гену Zm_Fie1 с помощью программы MEGA 11. Квадратами отмечены исследованные в этой статье линии.

Скачать (271KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024