CC BY
4УДК 631.528.2:633.14.324
И.С. Гордей
структурные изменения генома ржи при зиготической
дупликации
Институт генетики и цитологии НАН Беларуси Республика Беларусь, 220072, г. Минск, ул. Академическая, 27
Изучены структурные изменения генома ржи в ранних поколениях (F3-6) после зиготической дупликации. Показано, что дупликация генома ржи приводит к элиминации части ядерной ДНК у тетраплоидов, структурным изменениям ДНК в локусах запасных белков ржи Sec-1 и Sec-2. Не выявлено замен, выпадений или вставок нуклеотидов в локусе ß-амилазы REMS1218 при дупликации генома ржи.
Ключевые слова: рожь, дупликация генома, тетраплоиды, диплоиды, молекулярный, генетический, ДНК, ядра, нуклеотиды
Введение
Кратное увеличение числа геномов (полиплоидия / дупликация генома) - широко распространенное явление среди эукариоти-ческих организмов и один из ключевых механизмов эволюции. В эволюции большинства высших растений полиплоидия сыграла решающую роль. Широкое распространение полиплоидных форм в природных популяциях и их значение для процессов видообразования установлено в настоящее время на большом и разнообразном фактическом материале.
Метод экспериментальной полиплоидии на современном этапе является одним из перспективных способов в селекции озимой ржи. Посевные площади под озимой рожью в Республике Беларусь составляют около 300 тыс. га, в том числе тетраплоидная рожь занимает 50%. Широкое распространение в нашей республике тетраплоидная рожь получила благодаря ряду преимуществ: более высокий потенциал продуктивности за счет увеличения массы 1000 зерен на 25-30%; более высокая устойчивость к полеганию за счет утолщения стебля и снижения его длины на 10-15%; содержание белка в зерне тетраплоидной ржи на 0,6-2,2% выше; у тетраплоидной ржи ниже содержание антипитательных веществ (5-алкилре-зорцинолов); возможность использования зерна в хлебопечении и для приготовления кормов; более продолжительное сохранение гетерозиготности и эффекта гетерозиса в поколениях [1].
Исследования последних лет, проведенные с применением молекулярных технологий,
показали, что генезис полиплоидных форм сопровождается различными генетическими и эпигенетическими изменениями (межгеномные перестройки хромосом, элиминирование последовательностей, изменение экспрессии генов, активизация «дремлющих» транспозо-нов, метилирование ДНК и т.д.).
Геномное секвенирование позволило проанализировать последствия древних геномных дупликаций у самых разных групп эукариот, в том числе дрожжей [2, 3, 4], растений [5] и позвоночных [6]. Во всех четырех эукариоти-ческих царствах (растений, животных, грибов и протист) доля генов, сохранившихся в виде дуплицированных копий, варьирует от 10 до 50% и чаще всего коррелирует со временем, прошедшим с момента дупликации [4].
Во многих случаях было обнаружено, что часть ДНК элиминирует с увеличением уровня плоидности. М. Бэннет с соавторами [7] в результате анализа 2452 видов покрытосеменных (1794 диплоида и 658 полиплоидов) обнаружил, что количество ДНК при дупликации генома не увеличивается прямо пропорционально увеличению уровня плоидности.
При дупликации генома обнаруживается функциональная диверсификация дуплициро-ванных генов. К. Вольф и Г. Бланк [8] в результате исследований, проведенных на Arabidopsis, установили, что около 62% пар дуплициро-ванных генов подверглись функциональному расхождению (функциональной диверсификации). У синтетического аутополиплоида Isatis
indigotica с помощью микроэррэя кДНК выявлены изменения в экспрессии у 4,2% последовательностей ДНК по сравнению с диплоидами [9]. Дуплицированные гены, вероятно, приобретают новую полезную для организма функцию посредством мутационной изменчивости.
При дупликации генома может происходить «замолкание» отдельных дуплицированных генов (псевдогенизация). Широко известен пример псевдогенизации локуса лейцин-аминопетидазы в результате дупликации у тетраплоида Скепо-podium [10]. Известен пример псевдогенизации PGI-генов у Clarkia и хлорофиллсвязывающих а/Ь-генов у Polystichum munitum при дупликации генома, что обусловлено многочисленными повреждениями «замолкших» генов, такими как точечные мутации, инсерции и делеции [11-15].
Активация мобильных элементов также может быть причиной геномных изменений, в частности псевдогенизации [16, 17, 18]. В ряде случаев были получены доказательства увеличения транспозиционной активности уже в первых поколениях полиплоидных растений [19-22]. У гексаплоидной пшеницы, например, потеря экспрессии локуса глютенина Glu-1 связана с инсерцией ретратранспозона длиной 8 кЬ в кодирующую область данного гена. У аутотетраплои-да Arabidopsis ^аНапа с помощью микроэррея выявлена активация Еп^рт транспозонов [19].
Одним из механизмов скачкообразного изменения генома при дупликации может быть изменение экспрессии генов вследствие ДНК-метилирования. Метилирование цитозина часто встречается в растениях и, как полагают, играет определенную роль в регуляции экспрессии генов, времени репликации ДНК и др. [23, 24].
Следует отметить, что большая часть экспериментальных данных касательно молекулярно-генетических изменений при дупликации генома получена на естественных полиплоидах (в подавляющем большинстве на аллопо-липлоидах) в поздних поколениях, и многие молекулярно-генетические изменения у алло-полиплоидов привносятся не самой дупликацией генома, а гибридизацией, т.е. объединением в одном геноме двух субгеномов. Поэтому синтетические аутотетраплоиды ржи ранних поколений представляют большой интерес в плане исследования молекулярно-генетических изменений генома, вызванных непосредственно самой дупликацией. Цель нашей работы состояла
в изучении структурных изменении генома ржи (Secale cereale L.) в ранних поколениях (F3 6) после зиготической дупликации.
Материалы и методы
Получение материала. Материалом для исследований служили зиготические тетраплоидные формы ржи (2n = 28), полученные на генетической основе диплоидных сортов и гибридов (Валдай х Каупо, Зарница, Юбилейная, Плиса, Алькора) с использованием метода полиплоиди-зации (дупликации генома) закисью азота (N2O) в первом делении зиготы [25] (табл. 1). Выделение тетраплоидов путем подсчета числа хромосом проводили на давленых препаратах апикальных меристем корня, окрашенных 2%-ным раствором ацетокармина в 45%-ной уксусной кислоте.
Измерение количества ДНК. Цитологические препараты для измерения содержания ДНК в клеточных ядрах готовили по методике, используемой для определения плоидности томатов с помощью проточной цитофотометрии клеточных ядер [26, 27]. Результаты анализировали в программе ImageJ.
Выделение ДНК проводилось с помощью Genomic DNA Purification Kit (Fermentas) согласно рекомендованному протоколу.
SCAR-анализ. Для проведения ПЦР (SCAR) использовался амплификатор C1000 Touch Termal Cycler BIO-RAD. Реакционный раствор объемом 25 мкл содержал: 11 мкл H2O, по 2,5 мкл PCR6 и dNTP, по 1 мкл MgCl2 и Forma-mid, 0,2 мкл Taq-полимеразы, по 1 мкл прямого и обратного праймера, 5 мкл раствора ДНК. Праймеры, используемые для определения структурных изменений отдельных локусов (Sec-1 и Sec-2) и секвенирования (REMS12128), указаны в табл. 2.
Таблица 1
Тетраплоидные образцы (2n = 28) и поколение после дупликации
Образец Поколение после дупликации
Валдай х Каупо F3
Зарница F5
Юбилейная
Плиса F6
Алькора
Таблица 2
Последовательности праймеров и условия ПЦР для анализируемых локусов озимой ржи
Локус Последовательности праймеров Условия ПЦР
Sec-1 F: 5'-CTATTAGTTCGAAAAGCTTATGA-3' R: 5'-GCATATGACTCAAATTATTTTTT-3' 94 °С - 5 мин 94 °С - 1 мин ^ 50 °С - 2 мин } 35 циклов 72 °С - 3 мин ) 72 °С - 10 мин
Sec-2 F: 5'-ATGAAGACCTTACTCATGCTTGCAA-3' R: 5'-TCAGTGGCCAACAATACCAGTG-3' 94 °С - 5 мин 94 °С - 40 с л 54 °С - 50 с } 35 циклов 72 °С - 2 мин * 72 °С - 10 мин
REMS1218 F: 5'-CGCACAAACAAAAACACGAC-3' R: 5'-CAAACAAACCCATTGACACG-3' 95 °С - 2 мин 95 °С - 30 с ^ 55 °С - 30 с } 38 циклов 72 °С - 1 мин 72 °С - 6 мин
Секвенирование проводили на секвенаторе ABI 3500 (Applied Biosystems). Для терминальной ПЦР использовали BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems). Смесь для терминальной реакции содержала 0,5 мкл BigDye Terminator v3.1, 1,5 мкл 5х буфера для BigDye Terminator v3.1, 2 мкл H2O, 1 мкл прямого или обратного праймера, 1 мкл раствора ДНК. Для очистки ампликона использовался 125 мМ ЭДТА, 96 и 70% этанол, 3М ацетат натрия. Очистка проводилась по инструкции к BigDye Terminator v3.1. Результаты анализировались в программе Geneious.
Результаты и обсуждение
Анализ содержания ДНК у тетраплоидных форм
Многими исследователями было обнаружено, что количество ДНК не увеличивается прямо пропорционально увеличению уровня плоидно-сти [7, 28, 29, 30]. Установлено, что часть ДНК элиминирует с увеличением уровня плоидности.
С целью определения количества ДНК у тетраплоидных форм ржи в сравнении с исходными диплоидными сортами произведено цитофотометрическое измерение содержания ДНК их ядер. Относительное содержание ДНК в клетках тетраплоидов и исходных ди-плоидов ржи определяли при помощи флуо-рохрома акридиновый оранжевый - бромида этидия, флуоресценция которого пропорциональна содержанию ДНК в клеточном ядре.
Ядра анализировались при помощи компьютерной обработки цифровых микрофотографий, полученных с помощью флуоресцентного микроскопа. Мерой количества ДНК в ядре служит показатель интегральной яркости, который прямо пропорционален содержанию ДНК в ядре и измеряется в Дж-м-2-ср-1. Однако, при измерении количества ДНК учитывались также такие показатели как периметр и площадь ядра. Поэтому во избежание путаницы с единицами измерения мерой количества ДНК будут служить условные единицы (усл. ед.).
Анализировались формы тетраплоидной ржи поколений F3 6 после полиплоидизации. У каждого образца было исследовано порядка 60-80 ядер. Контролем служили исходные диплоидные сорта ржи.
На рис. 1 представлена гистограмма соотношения количества ДНК у тетраплоидных форм с исходными диплоидными сортами.
У диплоидных сортов ржи среднее количество ДНК варьировало от 0,56 (Валдай х Каупо) до 0,79 усл.ед. (Юбилейная) и составляло в среднем 0,66 усл. ед. У созданных на их основе тетраплоидных форм среднее количество ДНК варьировало от 1,01 (Зарница) до 1,39 усл. ед. (Юбилейная) и составляло в среднем 1,12 усл. ед.
Как видно из данных гистограммы, отношение количества ядерной ДНК у тетрапло-идов к диплоидам варьирует от 1,58 (Алько-
ра) до 1,82 (Валдай х Каупо) и составляет в среднем 1,69, что на 0,31 меньше теоретически ожидаемого 2. Это свидетельствует об элиминации части ДНК у тетраплоидных форм.
Количество элиминированной ДНК у тетра-плоидов ржи варьировало от 10,0 до 28,0% и составляло в среднем 20,2% (табл. 2). Наибольшее количество ДНК элиминировало у тетраплоида Алькора (28,0%), наименьшее - у
тетраплоида Валдай х Каупо (10,0%).
Количество элиминированной ДНК, вероятно, зависит также от поколения после по-липлоидизации. У тетраплоида Валдай х Каупо в 3-ем поколении после полиплоидизации элиминировано всего 10% ядерной ДНК, в то время как у тетраплоидов Зарница, Юбилейная, Алькора, Плиса в 5-6-ом поколениях после полиплоидизации элиминировано от 19 до 28% ДНК.
Рис. 1. Гистограмма соотношения количества ДНК у тетраплоидных форм с исходными диплоидными сортами: 1 - Алькора; 2 - Зарница; 3 - Валдай х Каупо; 4 - Юбилейная; 5 - Плиса
Таблица 2
Количество элиминированной ДНК у тетраплоидов ржи
Сорт Плоидность Поколение после полиплоидизации Количество ДНК, усл. ед. Количество элиминированной ДНК, %
Алькора Диплоид (2n=14) - 0,67 28,0
Тетраплоид (2n=28) 1,06
Зарница Диплоид (2n=14) - 0,60 19,0
Тетраплоид (2n=28) 1,01
Валдай х Каупо Диплоид (2n=14) - 0,56 10,0
Тетраплоид (2n=28) 1,02
Юбилейная Диплоид (2n=14) - 0,79 19,0
Тетраплоид (2n=28) 1,39
Плиса Диплоид (2n=14) - 0,68 25,0
Тетраплоид (2n=28) 1,11
Среднее 20,2
Анализ полиморфизма локусов запасных белков Sec-1 и Sec-2
С целью изучения структурных изменений на уровне ДНК, происходящих при дупликации генома, проведен ПЦР-анализ локусов запасных белков Sec-1, Sec-2.
Sec-1-локус локализован на коротком плече ржаной хромосомы Ш. Данный локус кодирует синтез двух фракций секалинов: ю-секалинов и 40к у-секалинов [31]. Набор праймеров подобран согласно известной последовательности нуклеотидов части локуса Sec-1, кодирующего ю-секалины.
Количество амплифицированных фрагментов (ампликонов) в сумме у 10 исследуемых образцов составило 21, в том числе у диплои-дов - 11, у тетраплоидов - 10 (рис. 2).
Размер ампликонов составлял от 750 до 1500 п.н. У всех десяти образцов устойчиво амплифицировался фрагмент размером 1500 п.н. Полиморфизм по данному локусу из всех 10 образцов обнаружен у Алькоры диплоидной и созданной на ее основе те-траплоидной формы, а также у Юбилейной диплоидной и созданной на ее основе тетра-плоидной формы.
У Алькоры диплоидной амплифицирова-лись фрагменты размером 750 и 1000 п.н. отсутствующие у созданной на ее основе те-траплоидной формы. У Юбилейной диплоидной амплифицировался фрагмент размером 750 п.н., отсутствующей у созданной на ее основе Юбилейной тетраплоидной. Также у Юбилейной тетраплоидной амплифицировал-ся фрагмент размером 1000 п.н., отсутствующий у исходной диплоидной формы. В целом у всех диплоидов и созданных на их основе тетраплоидов обнаружено 8 (72,7%) общих и 3 (27,3%) специфических фрагмента.
75к у-секалины являются наиболее распространенной группой секалинов и составляют примерно 50% всей фракции секалинов. Они контролируются Sec-2-локусом, локализованным на 2RS хромосоме. 75к у-секалины входят в состав соединений с внутри- и межмолекулярными дисульфидными связями, что играет важную роль в использовании ржи в качестве источника питания. Также 75к у-секалины увеличивают пропорцию глутамата + глутамина и пролина белков ржи более эффективно, чем 40к группа се-
калинов и другие группы. Это качество 75к у-секалинов может быть использовано в селекции ржи.
Подобран праймер к кластеру генов 75к у-секалина (см. Материалы и методы). Данный праймер успешно используется для идентификации 2RS хромосомы в геноме тритикале [32].
Количество амплифицированных фрагментов (ампликонов) в сумме у 10 исследуемых образцов составило 36, в том числе по 18 у диплоидов и тетраплоидов соответственно. В целом у диплоидов и тетраплоидов по всем 10 образцам обнаружено 13 (61,9%) общих и 8 (38,1%) специфических фрагментов (рис. 3).
М 1 2 3 4 56789 10
Рис. 2. Электрофореграмма ДНК локуса Sec-1(ю-секалина) у диплоидов (2х) и созданных на их основе тетраплоидов (4х) ржи: 1 - Зарница 4х; 2 - Алькора 4х; 3 - Плиса 4х; 4 - Юбилейная 4х; 5 - Валдай х Кау-по 4х; 6 - Зарница 2х; 7 - Алькора 2х; 8 - Плиса 2х; 9 - Юбилейная 2х; 10 - Валдай х Каупо 2х; М - маркер молекулярного веса М1КЬ, п.н.
М 1 2 3 4 56789 10
Рис. 3. Электрофореграмма ДНК локуса Sec-2 (75k у-секалины) у диплоидов и созданных на их основе тетраплоидов ржи: 1 - Зарница 4х; 2 - Алькора 4х; 3 -Плиса 4х; 4 - Юбилейная 4х; 5 - Валдай х Каупо 4х; 6 - Зарница 2х; 7 - Алькора 2х; 8 - Плиса 2х; 9 - Юбилейная 2х; 10 - Валдай х Каупо 2х; M - маркер молекулярного веса 100 bp DNA Ladder Plus (Fermentas), п.н.
У всех диплоидов и тетраплоидов ржи ам-плифицировался фрагмент размером примерно 1400 п.н., что свидетельствует о наличии Sec-2 локуса (75к у-секалинов) у всех проанализированных образцов. Также у всех ди- и те-траплоидов ржи амплифицировался фрагмент размером 400 п.н.
У диплоидов и созданных на их основе те-траплоидов ржи обнаружена амплификация некоторых специфических фрагментов. Так, у тетраплоида Зарница не выявлено фрагментов ДНК размером примерно 380 и 700 п.н., присутствующего у исходного диплоида. Также у тетраплоида Зарница обнаружено появление фрагмента размером приблизительно 1700 п.н., отсутствующего у исходного ди-плоида.
Наличие специфических фрагментов обнаружено также у тетраплоидов Плиса, Юбилейная, Валдай х Каупо, отсутствующих у исходных диплоидов. Наибольшее количество специфических фрагментов обнаружено у ди- и тетраплоида Валдай х Каупо (3 фрагмента). Полученные результаты свидетельствуют о структурных изменениях ДНК при дупликации генома.
Секвенирование локуса REMS1218 ржи
При SNP-анализе полиплоидных геномов результаты в большинстве случаев получаются неоднозначными. Однако известны при-
меры SNP-полиморфизма при дупликации генома. Р. Bundock и др. [33] при секвени-ровании 307 ампликонов полиплоида сахарного тростника со средней длиной рида 220 оснований выявил в среднем 1 замену на 58 оснований. Е. Аханов и др. [34] выявил SNP-полиморфизм между тетраплоидной и гекса-плоидной пшеницей.
С целью выявления полиморфизма ДНК по отдельным нуклеотидам (SNP-полимор-физм) у тетраплоидов и исходных диплои-дов ржи проведено секвенирование локуса REMS1218, входящего в состав гена, контролирующего синтез Р-амилазы и тесно сцепленного с хозяйственно-полезным геном короткостебельности Н1 ^^1). Длина данного локуса составляет 317 п.н. Анализировались формы тетраплоидной ржи F3 6 поколений после полиплоидизации (Зарница, Алькора, Юбилейная, Плиса) и их исходные диплоидные аналоги. Средняя длина рида по всем образцам составляла 287 п.н. Поскольку первые 50 нуклеотидов секвенатор прочитывал с ошибками, анализ прочитанных последовательностей начинался с 51 нуклеотида (рис. 4). Таким образом, средняя длина анализируемой последовательности по всем образцам составляла 287 - 50 = 237 п.н. (рис. 5, 6).
Рис. 4. Прочитанная последовательность локуса REMS1218 тетраплоида ржи Зарница в программе Chromas
51-
TTGCGTTGGTCTC ATGGCAGGGC ACT-GCCTCCGATCCTAGCCCCCTCCAGGACTTTT-GTGTCGCCGACATGAATTCAGCAGGTAC-TATCTGGTTTCTCATCATGTTCTCACCAAATA-AATATATTGAAATCAATTTCTAGAAGTTACTTG-CAAGTCGAAACAACTTTGTAAGATCTGAGCTT ACATGTCACATCTCCTATATGCACCAGTTCGTG TCAATGGGTTTGTTTGAAATGGA - 288 Рис. 5. Последовательность нуклеотидов локуса REMS1218.
(с 51 по 288
51-
TTGCGTTGGTCTCATGGCAGGGCACT-GCCTCCGATCCTAGCCCCCTCCAGGACTTTT-GTGTCGCCGACATGAATTCAGCAGGTAC-TATCTGGTTTCTCATCATGTTCTCACCAAATA-AATATATTGAAATCAATTTCTAGAAGTTACTTG-CAAGTCGAAACAACTTTGTAAGATCTGAGCTT ACATGTCACATCTCCTATATGCACCAGTTCGTG TCAATGGGTTTGTTTGAAATGGA - 288 ; а - у тетраплоида; б - исходного диплоида Зарница п.н.)
51-
TTGCGTTGGTCTCATGGCAGGGCACTGCCTCC GATCCTAGCCCCCTCCAGGACTTTTGTGTCGC CGACATGAATTCAGCAGGTACTATCTGGTTTCT CATCATGTTCTCACCAAATAAATATATTGAAAT CAATTTCTAGAAGTTACTTGCAAGTCGAAAC AACTTTGTAAGATCTGAGCTTACATGTCACAT CTCCTCTATGCACCAGTTCGTGTCAATGGGTT TGTTTGA - 284
Рис. 6. Последовательность нуклеотидов локуса REMS1218.
(с 51 по 284
51-
TTGCGTTGGTCTCATGGCAGGGCACTGCCTCC GATCCTAGCCCCCTCCAGGACTTTTGTGTCGC CGACATGAATTCAGCAGGTACTATCTGGTTTCT CATCATGTTCTCACCAAATAAATATATTGAAAT CAATTTCTAGAAGTTACTTGCAAGTCGAAAC AACTTTGTAAGATCTGAGCTTACATGTCACAT CTCCTCTATGCACCAGTTCGTGTCAATGGGTT TGTTTGA - 284
; а - у тетраплоида: б - исходного диплоида Алькора п.н.)
Секвенированием локуса REMS1218 у форм тетраплоидной ржи F3-6 поколений после поли-плоидизации (Зарница, Алькора, Юбилейная, Плиса) и их исходных диплоидных аналогов не выявлено замен, выпадений или вставок нуклеотидных оснований.
Заключение
Таким образом, в результате дупликации генома ржи происходит элиминация части ядерной ДНК (10,0-28,0%). Рядом исследователей показано, что у эукариот после дупликации генома на фоне «избыточности» ДНК элиминируют некодирующие последовательности [35], целые сегменты хромосом, высокоповто-ряющиеся последовательности ДНК, теломер-ный гетерохроматин [36]. Элиминация части ДНК может быть обусловлена различными рекомбинационными механизмами, такими как неравные и «незаконные» гомологичные рекомбинации, активация ретротранспозонов. По мнению ряда авторов [37, 38, 39], основным фактором, способствующим редукции размера генома у полиплоидов, является естественный отбор, благоприятствующий видам с уменьшенным количеством ДНК.
Выявлены структурные изменения ДНК в локусах запасных белков Sec-1 и Sec-2 при дупликации генома ржи. Обнаруженные структурные изменения на уровне ДНК происходят при дупликации генома и могут быть обусловлены:
- структурными изменениями хромосом (дупликации, делеции, транслокации или инверсии отдельных участков хромосом) в результате нарушения у тетраплоидов конъюгации хромосом в мейозе;
- потерей одних генов и специфической инактивацией других;
- блочными перестройками, которые приводят к комбинированию фрагментов из разных генов и к появлению белков с разными функциями при дупликации генома.
При секвенировании локуса REMS1218 замены, выпадения или вставки нуклеотидных оснований не обнаружены. Однако P. Bundock и др. [33] выявили 1 замену на 58 оснований в среднем у каждого полиплоидного растения при при секвенировании 307 ампликонов полиплоида сахарного тростника со средней длиной рида 220 оснований. Эти результаты, возможно, связаны с тем, что исследования проводились на естественных аллополиплоидах. Мы же в своей работе использовали синтетические аутотетраплоиды ржи в ранних поколениях (F3-6) после зиготической дупликации.
Список использованных источников
1. Урбан, Э.П. Озимая рожь в Беларуси: Селекция, семеноводство, технология возделывания / Э.П. Урбан // Минск: Беларус. на-вука, 2009. - 269 c.
2. Piskur, J. Origin of the duplicated regions in the yeast genomes / J. Piskur // Trends Genet. -2001. - Vol. 17. - P. 302-303.
3. Kellis, M. Proof and evolutionary analysis of ancient genome duplication in the yeast Saccharomyces cerevisiae / M. Kellis, B.W. Bin-en, E.S. Lander // Nature - 2004. -Vol. 428. - P. 617-624.
4. Scannell, D.R. Multiple rounds of speciation associated with reciprocal gene loss in polyploidy yeast / D.R. Scannel, K.P. Byrne, J.L. Gordon // Nature. - 2006. - Vol. 440. - P. 341-345.
5. Chen, C.C. Patterns of internal gene duplication in the course of metazoan evolution / C.C. Chen, W.H. Li, H.M. Sung // Gene. -2007. - Vol. 396. - P. 59-65.
6. The gain and loss of genes during 600 million years of vertebrate evolution / T. Blomme [et al.] // Genome Biol. - 2006. - Vol. 7. - P. 43.
7. Bennett, M.D. Nuclear DNA amounts in angiosperms and their modern uses - 807 new estimates / M.D. Bennett, P. Bhandol, I.J. Leitch // Annals of Botany. - 2000. - Vol. 86. - P. 859-909.
8. Blanc, G. Functional divergence of duplicated genes formed by polyploidy during Arabidopsis evolution/ G. Blanc, K.H. Wolfe // Plant Cell. - 2004. - Vol. 16 (7). - P. 1679-1691.
9. A genome-wide comparison of genes responsive to autopolyploidy in Isatis indigotica using Arabidopsis thaliana affymetrix genechips/ B.B. Lu [et al.] // Plant Molecular Biology Reporter. - 2006. - N 24 - P. 197-204.
10. Wilson, H.D. Loss of duplicate gene expression in tetraploid Chenopodium / H.D. Wilson, S.C. Barber, T. Walters // Biochem Syst Ecol. - 1983. N 11. - P. 7-13.
11. Hypomethylated sequences: characterization of the duplicate soybean genome / T. Zhu [et al.] // Mol Gen Genet. - 1994. - N 244. -P. 638-645.
12. Dubcovsky, J. Ribosomal RNA multigene loci: nomads of the Triticeae genomes/ J. Dubcovsky, J. Dvorak // Genetics. - 1995. -N 140. - P. 1367-1377.
13. Elimination and rearrangement of parental rDNA in the allotetraploid Nicotiana tabacum / R.A. Volkov [et al.] //Mol Biol Evol. -1999. - N 16. - P. 311-320.
14. Physical mapping of ribosomal DNA sites in Festuca arundinacea and related species by in situ hybridization / H.M. Thomas [et al.] // Genome. -1997. -N 40. - P. 406-410.
15. Snowdon, R.J. Chromosomal localization and characterization of rDNA loci in the Brassica A and C genomes / R.J. Snowdon, W. Köhler, A. Köhler // Genome. - 1997. - N 40. - P. 582-587.
16. Grandbastien, M.A. Tnt1,amobile retroviral-like transposable element of tobacco isolated by plant cell genetics / M.A. Grandbastien, A. Spielmann, M. Caboche // Nature. - 1989. - N 337. - P. 376-380.
17. Marillonnet, S. Retrotransposon insertion into the maize waxy gene results in tissue-specific RNA processing / S. Marillonnet, S.R. Wessler // Plant Cell. - 1997. - N 9. - P. 967-978.
18. May, B.P. Transposon sequences drive tissue-specific expression of the maize regulatory
gene R-s / B.P. May, S.L. Dellaporta // Plant J. -1998. - N 13. - P. 241-247.
19. Genomic changes in synthetic Arabidopsis polyploids / A. Madlung [et al.] // Plant J. - 2005. - Vol. 41. - P. 221-230.
20. Rapid structural and epigenetic reorganization near transposable elements in hybrid and allopolyploid genomes in Spartina / C. Parisod [et al.] // New Phytol. - 2009. -Vol. 184. - P. 1003-1015.
21. Mobilization of retrotransposons in synthetic allotetraploid tobacco / M. Petit [et al.] // New Phytol. - 2010. - Vol. 186. - P. 135-147.
22. Sarilar, V. Allopolyploidy has a moderate impact on restructuring at three contrasting transposable element insertion sites in resynthesized Brassica napus allotetrploids / V. Sarilar, P.M. Palacios, A. Rousselet // New Phytol. - 2013. - Vol. 198. - P. 593-604.
23. DNA methylation in plants / E.J. Finnegan [et al.] // Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol. - 1998. - Vol. 49. - P. 223-247.
24. Richards, E. DNA methylation and plant development / E. Richards // Trends Genet. -
1997. - Vol. 13. - P. 319-323.
25. Белько, Н.Б. Методические рекомендации по полиплоидизации (дупликации генома) ржи (Secale cereale L.) с использованием азота закиси (N2O) / Н.Б. Белько, И.С. Гордей, И.А. Гордей. - Минск: Право и экономика, 2012. - 28 с.
26. Comparison of four nuclear isolation buffers for plant DNA flow cytometry / J. Loureiro [et al.] // Annals of Botany. - 2006. - Vol. 98, N 3. - P. 679-689.
27. Two new nuclear isolation buffers for plant DNA flow cytometry: a test with 37 species / J. Loureiro [et al.] // Annals of Botany. - 2007. -Vol. 100, N 4. - P. 875-888.
28. Bennett, M.D. Chromosome evolution in polyploid plants / M.D. Bennett, L. Hanson, I.J. Leitch // Cytogenetics and Cell Genetics,
1998. - Vol. 81. - 124 p.
29. Parisod, C. Evolutionary consequences of autopolyploidy / C. Parisod, R. Holderegger, C. Brochmann // New Phytologist. - 2010. -N 186. - P. 5-17.
30. Genome size in natural and synthetic autopolyploids and in natural segmental allopolyploid of several Triticeae species / T. Eilam [et al.] // Genome. 2009. - N 52. - P. 275-285.
31. Shimizu, Y. Detection of the Sec-1 locus of rye by a PCR-based method / Y. Shimizu, S. Nasuda, T.R. Endo // Genes Genet. Syst. -1997. - Vol. 72. - P. 197-203.
32. Molecular characterization and comparative analysis of four new genes from Sec2 locus encoding 75k y-secalins of rye species / Q.J. Chen [et al.] // Journal of Cereal Science. -
2008. - N. 48. - P. 111-116.
33. Bundock, P.C. Targeted single nucleotide polymorphism (SNP) discovery in a highly polyploidy plant species using 454 sequencing / P.C. Bundock [et al.] // Plant Biotechnol J. -
2009. - Vol. 7. - P. 347-354.
34. Akhunov, E. Single nucleotide polymorphism genotyping in polyploid wheat with the Illumina Golden Gate assay / E. Akhunov, C. Nicolet, J. Dvorak // Theor Appl Genet. -2009. - Vol. 119. - P. 507-517.
35. Ozkan, H. Allopolyploidy-induced rapid genome evolution in the wheat (Aegilops-Triticum) / H. Ozkan, A.A. Levy, M. Feldman // Plant Cell. - 2001. - Vol. 13. - P. 1735-1747.
36. Gustafson, J.P. The effect of telomeric heterochromatin from Secale cereal on Triticale (x Triticosecale). I. The influence of the loss of several blocks of telomeric heterochromatin on early endosperm development and kernel characteristics at maturity / J.P. Gustafson, M.D. Bennett // Canadian Journal of Genetics and Cytology. -1982. - Vol. 24 - P. 83-92.
37. Devos, K.M. Genome size reduction through illegitimate recombination counteracts genome expansion in Arabidopsis / K.M. Devos, J.K.M. Brown, J.L. Bennetzen // Genome Research. - 2002. - Vol. 12. -P. 1075-1079.
38. Fedoroff, N. Transposons and genome evolution in plants / N. Fedoroff // Proceedings of the National Academy of Scienses, USA. -2000. - Vol. 97 - P. 7002-7007.
39. A contiguous 66-kb barley DNA sequence provides evidence for reversible genome expansion / K.A. Shirasu [et al.] // Genome Research. - Vol. 10. - 2000. - P. 908-915.
I.S. Gordej
structural changes of rye genome after zygotic
duplication
Institute of Genetics and Cytology of the National Academy of Sciences of Belarus Minsk BY-220072, Republic of Belarus
The structural changes of rye genome in early generations (F3-6) after zygotic duplication are studied. It is shown that the rye genome duplication leads to the elimination of the nuclear DNA from the tetraploid, structural changes in DNA loci of spare rye proteins Sec-1 and Sec-2. There were no substitutions, deletions or insertions of nucleotides in P-amylase REMS1218 with the genome duplication of rye.
Key words: rye, genome duplication, tetraploids, diploids, molecular, genetic, DNA, nuclear, nucleotids
Дата поступления статьи 6 сентября 2016 г.
