Cytological diploidization of paleopolyploid genus Zea: Divergence between homoeologous chromosomes or activity of pairing regulator genes?

Cytological diploidization process is different in autopolyploid and allopolyploid species. Colchicine applied at the onset of meiosis suppresses the effect of pairing regulator genes resulting multivalents formation in bivalent-forming species. Colchicine treated maizes (4x = 2n = 20, AmAmBmBm) showed up to 5IV, suggesting pairing between chromosomes from genomes homoeologous Am and Bm. In untreated individuals of the alloautooctoploid Zea perennis (8x = 2n = 40, ApApAp´Ap´Bp1Bp1Bp2Bp2) the most frequent configuration was 5IV +10II (formed by A and B genomes, respectively). The colchicine treated Z. perennis show up to 10IV revealing higher affinity within genomes A and B, but any homology among them. These results suggest the presence of a paring regulator locus (PrZ) in maize and Z. perennis, whose expression is suppressed by colchicine. It could be postulated that in Z. perennis, PrZ would affect independently the genomes A and B, being relevant the threshold of homology, the fidelity of pairing in each genomes and the ploidy level. Cytological analysis of the treated hexaploid hybrids (6x = 2n = 30), with Z. perennis as a parental, strongly suggests that PrZ is less effective in only one doses. This conclusion was reinforced by the homoeologous pairing observed in untreated dihaploid maizes, which showed up to 5II. Meiotic behaviour of individuals treated with different doses of colchicine allowed to postulate that PrZ affect the homoeologous association by controlling entire genomes (Am or Bm) rather than individual chromosomes. Based on cytological and statistical results it is possible to propose that the cytological diploidization in Zea species occurs by restriction of pairing between homoeologous chromosomes or by genetical divergence of the homoeologous chromosomes, as was observed in untreated Z. mays ssp. parviglumis. These are independent but complementary systems and could be acting jointly in the same nucleus.Fil: Poggio, Lidia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; ArgentinaFil: González, Graciela Esther. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; Argentin

Intragenomic conflict between knob heterochromatin and b chromosomes is the key to understand genome size variation along altitudinal clines in maize

In maize, we studied the causes of genome size variation and their correlates with cultivation altitude that suggests the existence of adaptive clines. To discuss the biological role of the genome size variation, we focused on Bolivian maize landraces growing along a broad altitudinal range. These were analyzed together with previously studied populations from altitudinal clines of Northwestern Argentina (NWA). Bolivian populations exhibited numerical polymorphism for B chromosomes (Bs) (from 1 to 5), with frequencies varying from 16.6 to 81.8 and being positively correlated with cultivation altitude. The 2C values of individuals 0B (A-DNA) ranged between 4.73 and 7.71 pg, with 58.33% of variation. The heterochromatic knobs, detected by DAPI staining, were more numerous and larger in individuals 0B than in those with higher doses of Bs. Bolivian and NWA landraces exhibited the same pattern of A-DNA downsizing and fewer and smaller knobs with increasing cultivation altitude, suggesting a mechanistic link among heterochromatin, genome size and phenology. The negative association between the two types of supernumerary DNA (knob heterochromatin and Bs), mainly responsible for the genome size variation, may be considered as an example of intragenomic conflict. It could be postulated that the optimal nucleotype is the result of such conflict, where genome adjustment may lead to an appropriate length of the vegetative cycle for maize landraces growing across altitudinal clines.Fil: González, Graciela Esther. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; ArgentinaFil: Poggio, Lidia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; Argentin

Chromosome studies in <i>Hippeastrum</i> (Amaryllidaceae): variation in genome size

This paper presents the karyotype and DNA content of 12 diploid species of Hippeastrum from South America. The variation in genome size is compared with the karyotype and DNA content of Amaryllis belladonna from South Africa. The Hippeastrum species present a uniform and bimodal basic karyotype formula, but significant differences are found in the total chromosome volume (TCV) and nuclear DNA content. A positive correlation between the DNA content and TCV is also observed. The karyotype's constancy is a product of changes in DNA content occurring in the whole chromosome complement. The DNA addition to the long and short sets of chromosomes varies independently. In species with higher DNA contents, the short chromosomes add equal DNA amounts to both arms, maintaining their metacentric morphology, whereas the long chromosomes add DNA only to the short arm, increasing the chromosome symmetry. These data show that the evolutionary changes in DNA amount are proportional to chromosome length, maintaining the karyotypic uniformity. A. belladonna has a larger DNA content and possesses a karyotype different from that of Hippeastrum spp., supporting the distinction between the two genera and upholding the name Amaryllis for the South African entity against Hippeastrum for the South American genus.Facultad de Ciencias Naturales y MuseoFacultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Chromosome studies in <i>Hippeastrum</i> (Amaryllidaceae): variation in genome size

This paper presents the karyotype and DNA content of 12 diploid species of Hippeastrum from South America. The variation in genome size is compared with the karyotype and DNA content of Amaryllis belladonna from South Africa. The Hippeastrum species present a uniform and bimodal basic karyotype formula, but significant differences are found in the total chromosome volume (TCV) and nuclear DNA content. A positive correlation between the DNA content and TCV is also observed. The karyotype's constancy is a product of changes in DNA content occurring in the whole chromosome complement. The DNA addition to the long and short sets of chromosomes varies independently. In species with higher DNA contents, the short chromosomes add equal DNA amounts to both arms, maintaining their metacentric morphology, whereas the long chromosomes add DNA only to the short arm, increasing the chromosome symmetry. These data show that the evolutionary changes in DNA amount are proportional to chromosome length, maintaining the karyotypic uniformity. A. belladonna has a larger DNA content and possesses a karyotype different from that of Hippeastrum spp., supporting the distinction between the two genera and upholding the name Amaryllis for the South African entity against Hippeastrum for the South American genus.Facultad de Ciencias Naturales y MuseoFacultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Karyotype studies in Mimosa (Mimosoideae, Leguminosae) from Southern South America and ecological and taxonomic relationships

In this work we studied the chromosome number and karyotype formula of seven species of Mimosa L. (Mimosoideae, Leguminosae). The chromosome number 2n = 2x = 26 for M. detinens Benth., M. hex- andra M. Micheli, M. ostenii Speg. ex Burkart and M. xanthocentra Mart. var. mansii (Benth.) Barneby are new records, while the chromosome number 2n = 2x = 26 for M. debilis var. debilis, M. urugüensis Hook. and Arn. and M. uliginosa Chodat and Hassl. confirm previous records. Karyotype formulae revealed the existence of metacentric and submetacentric chromosomes, and the chromosomal asymmetry indexes did not show significant differences between taxa. The chromosome length of xerophilous and endemic M. detinens and M. ostenii differed from the rest of species, indicating that this parameter could have taxonomic value. In addition, the relationship between total chromosome length and climatic parameters showed that diploid species of marginal areas of distribution have a larger chromosome size, and that this could be related with mechanisms of ecologi- cal adaptation.Instituto de Recursos BiológicosFil: Morales, Matias. Universidad de Moron. Facultad de Agronomia y Ciencias Agroalimentarias; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Wulff, Arturo Federico. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ecología, Genética y Evolución; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Fortunato, Renee Hersilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Recursos Biológicos; Argentina. Universidad de Morón. Facultad de Agronomía y Ciencias Agroalimentarias; ArgentinaFil: Poggio, Lidia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ecología, Genética y Evolución; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Utilization of morphological and AFLP molecular markers in the identification of native and cultivated germplasm of Elymus scabrifolius (Poaceae)

Elymus scabrifolius es una gramínea perenne nativa de Sudamérica con gran potencial como recurso forrajero para ambientes con limitantes edáficas. En el presente trabajo se analizó la utilización de caracteres morfológicos y marcadores moleculares AFLP para la identificación genotípica de seis accesiones, un cultivar comercial y siete híbridos artificiales de esta especie. Ambos tipos de marcadores permitieron diferenciar a los materiales analizados en los respectivos dendrogramas, aunque las relaciones entre materiales variaron según el tipo de marcador. El Análisis de Componentes Principales permitió identificar las variables más relevantes para la diferenciación morfológica. Los híbridos se diferenciaron morfológicamente de ambos parentales, excepto un híbrido que se agrupó con su material paterno. Aunque en el análisis de los marcadores AFLP los híbridos se agruparon con uno de sus parentales, se pudo corroborar su origen híbrido mediante el registro de bandas paternas y polimórficas entre parentales. Se concluye que las metodologías empleadas para caracterizar los materiales analizados de E. scabrifolius serían de gran utilidad para el manejo eficiente de colecciones de germoplasma como así también para su utilización en programas de mejoramiento genético.Elymus scabrifolius is a South American perennial grass exhibiting great potential as a forage resource, especially for environments with edaphic limitations. In the present work we use morphological traits and AFLP molecular markers to genotypically identify six E. scabrifolius accessions, one commercial cultivar and seven artificial hybrids of this species. Both types of marker systems resulted in an accurate differentiation of the interrogated E. scabrifolius germplasm in the dendrograms. Moreover, relationships between the tested germplasm tend to vary according to the type of marker system used. Principal Component Analysis was used to identify the traits that best described the morphological variation. The morphological study revealed that almost all hybrids were different from their parents, with exception of one hybrid that was clustered with their own male parent. In the AFLP marker analysis, all the hybrids were clustered with one of their own parents. However, hybrid origin of those individuals was verified by the presence of paternal bands and polymorphic bands. In conclusion, the use of different methodologies to characterize and analyze E. scabrifolius materials has the potential to become of great benefit for the efficient management of germplasm collections and also for their utilization in breeding programs.Fil: Tomas, Pablo A.. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ciencias Agrarias. Cátedra de Mejoramiento Vegetal y Animal.Fil: Gottlieb, Alexandra M.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ecología, Genética y Evolución.Fil: Schrauf, Gustavo E.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de AgronomíaFil: Poggio, Lidia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ecología, Genética y Evolución

Utilización de marcadores morfológicos y moleculares AFLP en la indetificación de germoplasma nativo y cultivado de Elymus scabrifolius (Poaceae)

Elymus scabrifolius es una gramínea perenne nativa de Sudamérica con gran potencial como recurso forrajero para ambientes con limitantes edáficas. En el presente trabajo se analizó la utilización de caracteres morfológicos y marcadores moleculares AFLP para la identificación genotípica de seis accesiones, un cultivar comercial y siete híbridos artificiales de esta especie. Ambos tipos de marcadores permitieron diferenciar a los materiales analizados en los respectivos dendrogramas, aunque las relaciones entre materiales variaron según el tipo de marcador. El Análisis de Componentes Principales permitió identificar las variables más relevantes para la diferenciación morfológica. Los híbridos se diferenciaron morfológicamente de ambos parentales, excepto un híbrido que se agrupó con su material paterno. Aunque en el análisis de los marcadores AFLP los híbridos se agruparon con uno de sus parentales, se pudo corroborar su origen híbrido mediante el registro de bandas paternas y polimórficas entre parentales. Se concluye que las metodologías empleadas para caracterizar los materiales analizados de E. scabrifolius serían de gran utilidad para el manejo eficiente de colecciones de germoplasma como así también para su utilización en programas de mejoramiento genético.Elymus scabrifolius is a South American perennial grass exhibiting great potential as a forage resource, especially for environments with edaphic limitations. In the present work we use morphological traits and AFLP molecular markers to genotypically identify six E. scabrifolius accessions, one commercial cultivar and seven artificial hybrids of this species. Both types of marker systems resulted in an accurate differentiation of the interrogated E. scabrifolius germplasm in the dendrograms. Moreover, relationships between the tested germplasm tend to vary according to the type of marker system used. Principal Component Analysis was used to identify the traits that best described the morphological variation. The morphological study revealed that almost all hybrids were different from their parents, with exception of one hybrid that was clustered with their own male parent. In the AFLP marker analysis, all the hybrids were clustered with one of their own parents. However, hybrid origin of those individuals was verified by the presence of paternal bands and polymorphic bands. In conclusion, the use of different methodologies to characterize and analyze E. scabrifolius materials has the potential to become of great benefit for the efficient management of germplasm collections and also for their utilization in breeding programs.Fil: Tomas, Pablo Andrés. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Cs.Agrarias. Departamento de Biologia Vegetal; Argentina; Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina;Fil: Gottlieb, Alexandra Marina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Cs.exactas y Naturales. Departamento de Ecologia, Genetica y Evolucion. Laboratorio de Citogenetica y Evolución; Argentina; Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; Argentina;Fil: Schrauf, Gustavo Enrique. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomia. Departamento de Biologia Aplicada y Alimentos. Cat. de Genética; Argentina; Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina;Fil: Poggio, Lidia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Cs.exactas y Naturales. Departamento de Ecologia, Genetica y Evolucion. Laboratorio de Citogenetica y Evolución; Argentina; Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; Argentina

Knobs number variability in Argentine Andean maize populations (races Amarillo Grande y Garrapata)

In this work we studied six populations belonging to two races of maize native of northwestern Argentina (NOA) in order to analyze the variation respect to the number of heterochromatic blocks (knobs), using fluorescent banding techniques (DAPI banding). Cámara Hernández et al., 2011 (Razas de maíz nativas de la Argentina. Ed. Facultad de Agronomía, 168pp.) identified and described 28 native maize races from NOA. Two of these races, Amarillo Grande and Garrapata, differ by their morphological maize ears and grains, and grow at different altitudes in the provinces of Jujuy and Salta (Argentina).Fil: Fourastié, María Florencia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ecología, Genética y Evolución. Laboratorio de Citogenética y Evolución; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; ArgentinaFil: Realini, Maria Florencia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ecología, Genética y Evolución. Laboratorio de Citogenética y Evolución; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; ArgentinaFil: Poggio, Lidia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ecología, Genética y Evolución. Laboratorio de Citogenética y Evolución; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; ArgentinaFil: González, Graciela Esther. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ecología, Genética y Evolución. Laboratorio de Citogenética y Evolución; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; Argentin

Karyotypic analyses and genomic affinity among Argentinean species of Passiflora

The genus Passiflora (Passifloraceae) has more than 500 species, nineteen are native to Argentina. By their austral distribution, these species were included in breeding programs to obtain ornamental varieties tolerant to low temperatures. The aim of this work was to know the cytogenetic characteristics of Passiflora genotypes present in a working collection, as an indispensable knowledge for the development of a breeding plan. Chromosomal preparations were performed and karyotypic characteristics, rDNA sites by FISH and affinity among subgenera by GISH were studied. Chromosome counts in fourteen Argentinean species confirmed the basic chromosome numbers previously published: x = 6 for subgenus Decaloba, x = 9 for subgenus Passiflora and x = 10 for Dysosmia. The karyotypic parameters (karyotype, haploid chromosome length and asymmetry indices) and genomic affinities among the subgenera, clarify most of the chromosomal evolution of the genus. The results obtained strongly suggest that the basic number x = 6 would be the original one and that x = 9 was originated by processes of polyploidy and descendent dysploidy. Since subgenus Passiflora possesses the largest genomes, it is postulated that evolutionary process leading to x = 9 was accompanied by unequal distribution of non-coding repetitive DNA, mainly transposable elements. These processes could explain the asymmetrical karyotypes of species of subgenus Passiflora.El género Passiflora (Passifloraceae) cuenta con más de 500 especies, diecinueve de ellas son nativas de Argentina. Por su distribución austral, estas especies fueron incluidas en un plan de mejoramiento para obtener variedades ornamentales tolerantes a bajas temperaturas. El objetivo de este trabajo fue conocer las características citogenéticas de los genotipos de Passiflora en la colección de trabajo como conocimiento indispensable para el desarrollo de un plan de mejoramiento. Se realizaron preparados cromosómicos y se estudiaron las características cariotípicas, regiones ADNr por FISH y afinidad genómica entre subgéneros por GISH. Los recuentos cromosómicos realizados en catorce especies argentinas confirmaron los previamente publicados: x = 6 para el subgénero Decaloba, x = 9 para el subgénero Passiflora y x = 10 para el subgénero Dysosmia. Los parámetros cariotípicos (cariotipos, longitud del genoma haploide e índices de asimetría) y las afinidades genómicas analizadas por GISH entre las especies de los tres subgéneros, clarifican la mayor parte de la evolución cromosómica del género. Los resultados obtenidos sugieren que el número básico x = 6 sería el original y que x = 9 se habría originado por procesos de poliploidía y disploidía descendente. Debido a que las especies del subgénero Passiflora poseen los genomas más largos, se postula que el proceso evolutivo que llevó de x = 10 a x = 9 fue acompañado por una distribución desigual en los brazos cromosómicos de ADN repetitivo no codificante, principalmente elementos transponibles. Estos procesos explicarían la asimetría cariotípica del subgénero Passiflora.Fil: Bugallo, Veronica Lucia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Floricultura; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; ArgentinaFil: Realini, María Florencia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento Ecología, Genética y Evolución. Laboratorio de Citogenética y Evolución; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Ecología, Genética y Evolución; ArgentinaFil: Facciuto, Gabriela Rosa. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Floricultura; ArgentinaFil: Poggio, Lidia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento Ecología, Genética y Evolución. Laboratorio de Citogenética y Evolución; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Ecología, Genética y Evolución; Argentin

South African fireweed Senecio madagascariensis (Asteraceae) in Argentina: Relevance of chromosome studies to its systematics

The systematic identity of Senecio madagascariensis is ratified against the opinion that it is conspecific with Senecio inaequidens. Both species are native to South Africa and have been merged in the 'Senecio inaequidens complex', a group of entities difficult to distinguish from each other. Senecio madagascariensis is widespread in South America and Australia, where it is an invasive weed. Mitotic and meiotic studies were conducted on Argentinian material; chromosome counts solved the chromosome number controversy, validating 2n = 20. The karyotype was symmetrical, composed of ten pairs of metacentric chromosomes varying from 1.62 to 2.38 μm in length. The most frequent number of satellited chromosomes was three, but their position was difficult to assign. Meiosis was regular, with a configuration of ten predominantly open bivalents. Univalents and quadrivalents were rarely observed. High frequencies of secondary associations of bivalents, chromosome asynchrony and bivalent grouping were documented, reinforcing the hypothesis that x = 5 is the basic chromosome number. Pollen stainability ranged from 94 to 99%. The relevance of chromosomal studies in the circumscription of S. madagascariensis is discussed. Hybridization and polyploidy, as principal evolutionary forces in this genus, explain the systematic difficulties.Facultad de Ciencias Naturales y Muse