Sexual modulation in a polyploid grass: a reproductive contest between environmentally inducible sexual and genetically dominant apomictic pathways

In systems alternating between sexual and asexual reproduction, sex increases under unfavorable environmental conditions. In plants producing sexual and asexual (apomictic) seeds, studies on the influence of environmental factors on sex are equivocal. We used Paspalum intermedium to study environmental effects on the expression of sexual and apomictic developments, and on resulting reproductive fitness variables. Flow cytometric and embryological analyses were performed to characterize ploidy and reproductive modes, and effects of local climatic conditions on sexual and apomictic ovule and seed frequencies were determined. Seed set and germination data were collected and used to estimate reproductive fitness. Frequencies of sexual and apomictic ovules and seeds were highly variable within and among populations. Apomictic development exhibited higher competitive ability but lower overall fitness. Frequencies of sexual reproduction in facultative apomictic plants increased at lower temperatures and wider mean diurnal temperature ranges. We identified a twofold higher fitness advantage of sexuality and a Tug of War between factors intrinsic to apomixis and environmental stressors promoting sexuality which influence the distribution of sex in apomictic populations. This points toward a crucial role of local ecological conditions in promoting a reshuffling of genetic variability that may be shaping the adaptative landscape in apomictic P. intermedium plants.Fil: Karunarathne, Piyal. Universität Göttingen; AlemaniaFil: Reutemann, Anna Verena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Schedler, Mara. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Martínez, Eric Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Honfi, Ana Isabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas | Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas; ArgentinaFil: Hojsgaard, Diego Hernan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; Argentina. Universität Göttingen; Alemani

Colección de germoplasma de Paspalum indecorum, P. cromyorhizon, P. maculosum y P. pumilum

Se realizaron viajes de colección de poblaciones de Paspalum indecorum, P. cromyorhizon, P. maculosum y P. pumilum por la Mesopotamia Argentina (Corrientes, Misiones y Entre Ríos). Para la localización de las poblaciones se tuvieron en cuenta los sitios geográficos de colecta de los materiales previamente estudiados de cada una de las especies citados en la bibliografía disponible hasta la fecha y los registros pertenecientes a los Herbarios del Instituto de Botánica del Nordeste (CTES) y de la Universidad Nacional de Misiones (MNES). Las colecciones fueron realizadas durante el periodo de floración de las especies, entre los años 2015 y 2016. Como criterio de colección se estableció una distancia mínima de 50 km entre las poblaciones muestreadas para cada especie. Las poblaciones se seleccionaron basándose en que tuvieran un tamaño mínimo de 200 m lineales de extensión, y se colectaron 20 a 30 plantas individuales, distanciadas entre sí por 10 m aproximadamente, para evitar el muestreo de ramets (i.e. grupo de individuos genéticamente idénticos debido a su reproducción clonal). En cada sitio de colección se tomaron datos de coordenadas geográficas, las cuales fueron utilizadas para realizar un mapa geo-referenciado mediante el programa DIVA-GIS (Hijmans et al., 2004). Además, se tomaron datos del ambiente natural donde se encontraba cada población, principalmente edáficos y de comunidad; e individuos para ejemplares de herbario, que fueron depositados en el Herbario del Instituto de Botánica del Nordeste (CTES) y/o de la Universidad Nacional de Misiones (MNES).Fil: Reutemann, Anna Verena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Martínez, Eric Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; Argentina. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Honfi, Ana Isabel. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas | Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas; ArgentinaFil: Hojsgaard, Diego Hernan. Universität Göttingen; AlemaniaFil: Daviña, Julio Rubén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas | Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas; Argentina. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales; Argentin

The karyotype of diploid and tetraploid Paspalum cromyorrhizon (Poaceae, Panicoideae, Paspaleae)

Paspalum cromyorrhizon Trin. ex Döll es una especie adaptada a los campos bajos y húmedos, márgenes de ríos y arroyos, en el S de Brasil, Uruguay y NE de Argentina. Se utilizaron individuos diploides (2n = 2x = 20) y tetraploides (2n = 4x = 40) provenientes de poblaciones naturales de P. cromyorrhizon de Corrientes (Argentina) para confeccionar un idiograma del cariotipo de ambos citotipos. El recuento cromosómico se realizó mediante tinción clásica de Feulgen. El citotipo diploide de P. cromyorrhizon presenta un cariotipo compuesto por 20 cromosomas metacéntricos, mientras que el citotipo tetraploide tiene un cariotipo compuesto por 40 cromosomas metacéntricos. La longitud total del complemento cromosómico en diploides es de 32,5 μm y en tetraploides de 63,5 μm, la longitud cromosómica total monoploide es de 15,48 μm en diploides y de 15,21 μm en tetraploides y ambos cariotipos resultaron simétricos. El análisis de los cariotipos confirma el origen autopoliploide propuesto para los tetraploides.Paspalum cromyorrhizon Trin. ex Döll is a species adapted to low and humid fields, river and stream banks, throughout S Brazil, Uruguay and NE Argentine. Diploids (2n = 2x = 20) and tetraploids (2n = 4x = 40) from natural populations of P. cromyorrhizon from Corrientes (Argentina) were used to analyse the karyotype morphometry of both cytotypes. The chromosome count was performed using classical Feulgen staining. The karyotype of diploid P. cromyorrhizon has 20 metacentric chromosomes, while the tetraploid has a karyotype of 40 metacentric chromosomes. The total length of the chromosomal complement in diploids is 32.5 μm and in tetraploids 63.5 μm, the total monoploid chromosome length is 15.48 μm in diploids and 15.21 μm in tetraploids and both karyotypes are symmetrical. Karyotype analysis confirms the autopolyploid origin proposed for tetraploids.Fil: Reutemann, Anna Verena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Martínez, Eric Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Daviña, Julio Rubén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas | Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas; ArgentinaFil: Hojsgaard, Diego Hernan. University of Goettingen; Alemania. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Honfi, Ana Isabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Biología Subtropical. Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Biología Subtropical; Argentin

The genetic system of Paspalum lilloi (Poaceae), an endemic species from Cataratas del Iguazú

Introducción y objetivos: Paspalum lilloi (Poaceae)es una especie diploide y endémica de las Cataratas del Iguazú y áreas circundantes, cuya biología reproductiva y área de distribución geográfica actual es desconocida. Los objetivos de este trabajo son conocer su sistema genético y delimitar la distribución y estado de conservación del endemismo. M&M: El sistema genético se determinó mediante citoembriología de sacos embrionarios, viabilidad y germinación in vivo de granos de polen, compatibilidad polen-pistilo, fertilidad y análisis de semillas por citometría de flujo. El área de distribución geográfica se delimitó mediante especímenes de herbario y colecciones propias.Resultados: Se observaron sacos embrionarios meióticos de tipo Polygonum en todos los óvulos analizados. La viabilidad media y germinación in vivo del polen fue de 95,22% y 41,79%, respectivamente. La tasa de crecimiento medio del tubo polínico en el estigma propio fue de 59,2 ± 6,39μm / 3h. La producción de semillas en autopolinización fue del 93,61% y disminuyó al 52,72% cuando hay oferta de polen heteroespecífico. Los cariopsis analizados por citometría de flujo mostraron una relación de ploidía embrión: endospermo 2: 3, indicando un origen sexual. Paspalum lilloi es una especie reófila, rupícola y adaptada a saltos y cascadas, cuyo endemismo está en peligro crítico y circunscripto a las Cataratas del Iguazú.Conclusiones: P. lilloi es una especie sexual, autocompatible y autofértil, adaptada a hábitats altamente especializados, cuya conservación resultará clave para evitar su extinción.Background and aims: Paspalum lilloi (Poaceae) is a diploid species, endemic of Iguazú Waterfalls and nearby areas. The reproductive biology and current geographical distribution of this species are poorly known. The aims of this work were to determine the genetic system and to delimit the endemism area and conservation status of the species. M&M: The genetic system was determined by cytoembryological analysis of ovules, viability and in vivo germination of pollen grains, pollen-pistils compatibility, fertility and flow cytometry of single seeds. Herbarium specimens and our collection sites delimited the geographical distribution. Results: Meiotic embryo sacs of Polygonum type were observed in all analyzed ovules. No evidence of apomixis was detected. The mean pollen viability and in vivo pollen germination was 95.2% and 41.8%, respectively. The pollen tube growth in the selfed stigmas was 59.2 ± 6.39 µm / 3h. Seed set in self-pollination was 93.6 % and decreased to 52.7 % when there was heterospecific pollen available. Seeds analyzed by flow cytometric seed screen showed an embryo: endosperm ratio 2:3 indicated a sexual origin. Paspalum lilloi is a reophile and rupicolous species, specialized in fast-moving waters of waterfalls and it is a critically endangered endemism of Iguazu Waterfalls, in South America. Conclusions: P. lilloi is sexual, self-compatible and self-fertile species. Has a highly specialized habitat, which conservation will be a key step to avoid its extinction.Fil: Reutemann, Anna Verena. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Martínez, Eric Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Rua, Gabriel Hugo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; ArgentinaFil: Schedler, Mara. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Daviña, Julio Rubén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas | Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas; ArgentinaFil: Honfi, Ana Isabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas | Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas; Argentin

Prueba progenie de Paspalum maculosum

Datos obtenidos del análisis de marcadores moleculares dominantes del tipo ISSR en plantas madres y sus respetivas progenies en tetraploides de Paspalum maculosumFil: Reutemann, Anna Verena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; Argentin

Poaceae: Paspalum lilloi Hack

Paspalum lilloi Hack. is an endemic species from Iguazú Falls. Karyomorphometric analyses and meiotic behaviour description are presented for the first time for the species. It showed unimodal and symmetrical karyotype (1A according to Stebbins’s categories, 1971), comprising 20 metacentric chromosomes (Fig. 8A) whose length is ranging from 2.8 to 1.6 μm, and 22.69 μm per haploid genome. Chromosomes behave regularly at meiosis, with mainly 20II at diakinesis and also 9II + 2I, 8II + 4I, 7II + 6I, 6II + 8I (Fig. 8B). At diakinesis and metaphase I, the mean frequency of I was 3.085 ± 0.358 per pollen mother cell (PMC) and 8.457 ± 0.209 II per PMC.Fil: Reutemann, Anna Verena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Martínez, Eric Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Schedler, Mara. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Rua, Gabriel Hugo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Daviña, Julio Rubén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas | Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas; ArgentinaFil: Honfi, Ana Isabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas | Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas; Argentin

Variation of Residual Sexuality Rates along Reproductive Development in Apomictic Tetraploids of Paspalum

Most apomictic plants are facultative, maintaining the ability to reproduce sexually at different frequencies depending on the taxa, ploidy, and reproductive stage. In this context, Paspalum species are good model systems for studies evaluating the varying levels of apomixis expression. We aimed to identify, in apomictic tetraploid Paspalum species, the degree of apomixis and residual sexuality in three stages of reproductive development, and if their expression varies along them in order to predict their realized impact on the genetic diversity of future generations. Three main stages in the reproductive development (i.e., ovule, seed, and progeny) were studied in tetraploids from populations of P. cromyorhizon and P. maculosum. Mature ovules were studied using cytoembryological analysis, seeds by flow cytometry, and progeny tests with molecular markers. The expression of sexuality and apomixis was compared in each stage. We observed a decline in expression of sexual reproduction through the consecutive stages, jointly with an increase of apomixis expression. Both species showed at least one tetraploid plant capable of producing progeny by sexual means. These small rates of sexually originated progeny prove the ability of apomictic plants to produce low levels of genetic variation through rare events of sexuality. This study also demonstrates the importance of analyzing different reproductive stages in order to get a whole picture of the reproductive outcomes in plant evolution

Uniparentality: Advantages for range expansion in diploid and diploid-autopolyploid species

Uniparental reproduction, the capacity of an individual to produce offspring autonomously, is expected to facilitate range expansion of populations. Paspalum spp. reproduce uniparentally by sexual (self-fertility) and asexual (apomixis) reproduction and biparentally by sexual (self-sterility) reproduction. We evaluated the relationship between contrasting reproductive strategies (uni- and biparentality) and their impact on the colonizing ability and geographical range sizes of populations. We determined the cytotype composition of 16 populations of P. indecorum, P. cromyorhizon, P. pumilum and P. maculosum and assessed the sexual (self-fertile and self-sterile) and apomictic proportions by cyto-embryological analyses, fertility rates and seed flow cytometry. Data obtained regarding reproductive modes were compared to the distribution range of each cytotype and species. Sexual diploids with moderate degrees of self-fertility and mixed pollination syndromes showed wider distribution ranges than self-sterile diploids. In sexual diploids, increased rates of self-fertility relate to larger distribution areas. In agamic complexes, self-fertility reduces the differences in range sizes between biparental diploids and uniparental tetraploids. In such complexes, the range size of diploid cytotypes explains the range size and dispersal of apomictic tetraploids. Thus, uniparental reproduction via self-fertility and apomixis describes patterns of geographical parthenogenesis in South American species.Fil: Reutemann, Anna Verena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Martínez, Eric Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Schedler, Mara. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Daviña, Julio Rubén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas | Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas; ArgentinaFil: Hojsgaard, Diego Hernan. Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research; Alemania. Georg August University; Alemania. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Honfi, Ana Isabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas | Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Biología Subtropical. Instituto de Biología Subtropical - Nodo Posadas; Argentin

Alternative Evolutionary Pathways in <i>Paspalum</i> Involving Allotetraploidy, Sexuality, and Varied Mating Systems

The genetic systems of Paspalum species have not been extensively studied. We analyzed the ploidy, reproductive mode, mating system, and fertility of four Paspalum species—Paspalum durifolium, Paspalum ionanthum, Paspalum regnellii, and Paspalum urvillei. An analysis of 378 individuals from 20 populations of northeastern Argentina was conducted. All populations of the four Paspalum species were pure tetraploid and had a sexual and stable reproductive mode. However, some populations of P. durifolium and P. ionanthum showed low levels of apospory. Populations of P. durifolium and P. ionanthum had low seed sets under self-pollination but were fertile under open pollination, showing that self-incompatibility likely caused self-sterility. In contrast, populations of P. regnellii or P. urvillei showed no evidence of apospory, and seed sets in both self- and open pollination conditions were high, suggesting that they are self-compatible due to the absence of pollen–pistil molecular incompatibility mechanisms. The evolutionary origin of the four Paspalum species could explain these differences. This study supplies valuable insights into the genetic systems of Paspalum species, which could have implications for their conservation and management