Гены партеногенеза кукурузы: сравнительный анализ мутаций

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт 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