Сравнительный анализ мутаций генов гиногенеза кукурузы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье приведен анализ полиморфизма нуклеотидных последовательностей генов, контролирующих гиногенез (Zm_Pla1, Zm_CenH3, Zm_Dmp7) у гаплоиндуцирующих (ЗМС-8, ЗМС-П) и контрольных (КМ, ГПЛ-1) линий кукурузы саратовской селекции. С помощью секвенирования и последующего множественного выравнивания транскриптов целевых генов исследуемых в работе линий и референсной линии кукурузы B73 определено наличие однонуклеотидных замен (ОНЗ), делеций и вставок, построены филогенетические деревья по изучаемым генам. Установлено наличие 4-нуклеотидной вставки в гене Zm_Pla1, которая обусловливает гаплоиндуцирующую способность у предковой линии Stock 6 и гаплоиндуцирующих линий ЗМС-8 и ЗМС-П, а также 15 идентичных ОНЗ. Но элементы партеногенеза, демонстрируемые линиями АТ-1, АТ-3 и АТ-4, у которых отсутствуют вставки из четырех нуклеотидов в гене Zm_Pla1, имеют иную генетическую основу. Филогенетический анализ гена Zm_Pla1 подтвердил родство гаплоиндуцирующих линий Stock6, ЗМС-П и ЗМС-8. В гене Zm_Dmp7 зафиксировано наличие пяти ОНЗ у линии ЗМС-8 и трех ОНЗ у линий ЗМС-П и КМ. Одна из ОНЗ (в положении 131 от стартового кодона) в гене Zm_Dmp7 является причиной повышенной гаплоиндуцирующей способности линии CAU5, но не ЗМС-П. Помимо этого, в гене Zm_Dmp7 обнаружены 3-нуклеотидная делеция у линии ЗМС-П и 9-нуклеотидная делеция у линии КМ.

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

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. Coe E.H. A line of maize with high haploid frequency // Am. Naturalist. 1959. V. 59. P. 381–382. doi: 10.1086/282098
  2. Gilles L.M., Khaled A., Laffaire J.B. et al. Loss of pollen-specific phospholipase NOT LIKE DAD triggers gynogenesis in maize // EMBO J. 2017. doi: 10.15252/embj.201796603
  3. Тырнов В.С., Завалишина А.Н. Индукция высокой частоты возникновения матроклинных гаплоидов кукурузы // Докл. АН СССР. 1984. Т. 276. С. 735–738.
  4. Zavalishina A.N., Tyrnov V.S. Induction of matroclinical haploidy in maize in vivo // Reproductive biology and plant breeding: XIII EUCARPIA Сongr. L. 1992. P. 221–222.
  5. Еналеева Н.Х., Тырнов В.С., Селиванова Л.П., Завалишина А.Н. Одинарное оплодотворение и проблема гаплоиндукции у кукурузы // ДАН. 1997. Т. 353. C. 405–407.
  6. Гуторова О.В., Апанасова Н.В., Юдакова О.И. Создание генетически маркированных линий кукурузы с наследуемым и индуцированным типами партеногенеза // Изв. Самар. науч. центра Росс. академии наук. 2016. T. 18. № 2. C. 341–344.
  7. Takahashi T., Mori T., Ueda K. et al. The male gamete membrane protein DMP9/DAU2 is required for double fertilization in flowering plants // Development. 2018. V. 45. Iss. 23. doi: 10.1242/dev.170076
  8. Cyprys P., Lindemeier M., Sprunck S. Gamete fusion is facilitated by two sperm cell-expressed DUF679 membrane proteins // Nat. Plants. 2019. V. 5. P. 253–257. doi: 10.1038/s41477-019-0382-3
  9. Zhong Y., Liu C., Qi X. et al. Mutation of ZmDMP enhances haploid induction in maize // Nat. Plants. 2019. V. 5. P. 575–580. doi: 10.1038/s41477-019-0443-7
  10. Chalyk S., Baumann A., Daniel G. et al. Aneuploidy as a possible cause of haploid-induction in maize // Maize Genet. Coop. Newsletter. 2003. V. 77. P. 29–30.
  11. Zhang Z.L., Qiu F.Z., Liu Y.Z. et al. Chromosome elimination and in vivo haploid production induced by Stock 6-derived inducer line in maize (Zea mays L.) // Plant Cell Rep. 2008. V. 27. P. 1851–1860. doi: 10.1007/s00299-008-0601-2
  12. Qiu F., Liang Y., Li Y. et al. Morphological, cellular and molecular evidences of chromosome random elimination in vivo upon haploid induction in maize // Curr. Plant Biol. 2014. V. 1. P. 83–90. doi: 10.1016/j.cpb.2014.04.001
  13. Kelliher T., Starr D., Wang W. et al. Maternal haploids are preferentially induced by CENH3-tailswap transgenic complementation in maize // Front. Plant Sci. 2016. V. 7. P. 1–11. doi: 10.3389/fpls.2016.00414
  14. Ravi M., Chan S.W.L. Haploid plants produced by centromere-mediated genome elimination // Nature. 2010. V. 464. P. 615–619. doi: 10.1038/nature08842
  15. Wang S., Jin W., Wang K. Centromere histone H3- and phospholipase-mediated haploid induction in plants // Plant Methods. 2019. V. 15. Article 42. doi: 10.1186/s13007-019-0429-5
  16. Hu H., Schrag T.A., Peis R. et al. The genetic basis of haploid induction in maize identified with a novel genome-wide association method // Genetics. 2016. V. 202. P. 1267–1276. doi: 10.1534/genetics.115.184234
  17. Тырнов B.C., Еналеева Н.Х. Автономное развитие зародыша и эндосперма у кукурузы // Докл. АН СССР. 1983. Т. 272. № 3. С. 722–725.
  18. Апанасова Н.В., Павлов Н.А. Новые партеногенетические линии кукурузы // Сб. ст. Межд. науч.-практ. конф., посвящ. 135-й годовщине со дня рождения акад. Н.И. Вавилова. ВАВИЛОВСКИЕ ЧТЕНИЯ. Саратов, 2022. С. 49–52. https://www.vavilovsar.ru/files/ckeditor/uploads/22-12-26/1672047844/ VCh2022%20SBORNIK.pdf
  19. Kolesova A.Y., Tyrnov V.S. Embryological peculiarities of tetraploid parthenogenetic maize forms // Maize Genet. Coop. Newsletter. 2012. V. 85. P. 65–66.
  20. Volokhina I., Gusev Y., Moiseeva Ye. et al. Gene expression in parthenogenic maize proembryos // Plants. 2021. V. 10 (5). doi: 10.3390/plants10050964
  21. Апанасова Н.В., Титовец В.В. Цитоэмбриологическое изучение проявления апомиксиса у кукурузы линии АТ-3 после опыления // Бюлл. Бот. сада Саратовского гос. ун-та. 2003. № 2. С. 194–197.
  22. Tyrnov V.S. Producing of parthenogenetic forms of maize // Maize Genet. Coop. Newsletter. 1997. V. 71. P. 73–74.
  23. Tyrnov V.S., Smolkina Y.V., Titovets V.V. Estimation of parthenogenesis frequency on the grounds of genetical and embryological data // Maize Genet. Coop. Newsletter. 2001. V. 75. P. 56–57.
  24. Моисеева E.М., Гусев Ю.С., Гуторова О.В., Чумаков М.И. Сравнительный анализ экспрессии генов HAP2/GCS1, GEX2 у линий кукурузы саратовской селекции // Генетика. 2023. Т. 59. № 3. С. 327–335. doi: 10.31857/S0016675823030098.
  25. Моисеева Е.М., Фадеев В.В., Красова Ю.В., Чумаков М.И. Анализ мутаций генов автономного эмбрио- и эндоспермогенеза кукурузы // Генетика. 2023. Т. 59. № 9. С. 1090–1093. doi: 10.31857/S0016675823090084.
  26. Чумаков М.И. Матроклинная гаплоидия и взаимодействие гамет у кукурузы (обзор) // Генетика. 2018. Т. 54. № 10. С. 1120–1124. doi: 10.1134/S1022795418100058
  27. Liu C., Li X., Meng D. et al. A 4-bp insertion at ZmPLA1 encoding a putative phospholipase a generates haploid induction in maize // Mol. Plant. 2017. V. 10. P. 520–522. doi: 10.1016/j.molp.2017.01.011
  28. Tamura K., Nei M., Kumar S. Prospects for inferring very large phylogenies by using the neighbor-joining method // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2004. V. 101 (30). P. 11030–11035.
  29. Tamura K., Stecher G., Kumar S. MEGA 11: Molecular evolutionary genetics analysis version 11 // Mol. Biol. Evol. 2021. V. 38. P. 3022–3027. doi: 10.1093/molbev/msab120
  30. Trentin H.U., Frei U.K., Lübberstedt T. Breeding maize maternal haploid inducers // Plants. 2020. V. 9 (5). P. 614. doi.: 10.3390/plants90506

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Множественное выравнивание нуклеотидных последовательностей гена Zm_Pla1 у линий кукурузы саратовской селекции КМ, ЗМС-8, ЗМС-П, ГПЛ-1, а также линий Stock 6 и B73, выполненное с использованием программы BLAST. Точками показано нуклеотидное сходство у линий кукурузы, буквами обозначены однонуклеотидные замены, дефисом – отсутствие нуклеотида.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Множественное выравнивание нуклеотидных последовательностей гена Zm_Dmp7 у линий кукурузы саратовской селекции КМ, ЗМС-8, ЗМС-П и референсной линии B73, выполненное с использованием программы BLAST. Точками показано нуклеотидное сходство последовательностей гена Zm_Dmp7 исследуемых линий с последовательностью гена Zm_Dmp7 референсной линии В73; ОНЗ у линий КМ, ЗМС-8 и ЗМС-П обозначены буквами; дефис означает отсутствие нуклеотида. ОНЗ линии ЗМС-8, совпадающая с ОНЗ линии CAU5, подчеркнута.

Скачать (404KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Филограмма линий кукурузы по гену Zm_Pla1, построенная в программе MEGA 11 [по 16] (обозначения линий даны согласно авторскому оригиналу). Вариант представления с данными эволюционного расстояния для каждой из ветвей; рамками выделены изучаемые линии саратовской селекции.

Скачать (164KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Филограмма линий кукурузы по гену Zm_DMP7, построенная в программе MEGA 11 [по 16] (обозначения линий даны согласно авторскому оригиналу). Вариант представления с данными эволюционного расстояния для каждой из ветвей; рамками выделены изучаемые линии саратовской селекции.

Скачать (166KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024