<<<  Back

2016, № 60

UDC: 575.222:575.2.084:577.21:633.63
GSNTI: 68.35.33:34.23.17

Vinichenko Variability in agamospermous progenies of sugar beet

The article provides an overview of researches devoted to the agamospermy in sugar beet conducted by us. There are data indicating that the polymorphism observed in the agamospermous progeny is the result of specific genetic processes defined by the special status of the genome in the plant which is capable to agamospermous way of reproduction. This conclusion was based on the analysis of phenotypic classes ratios in the agamospermous offsprings of sugar beet. Using isozymes which are characterized by codominant inheritance allowes to detect all three phenotypes, namely two homozygous and one heterozygous class, e.g. FF, SS and FS in the progeny of heterozygous F/S diploid plants. The ratio 3FF:8FS:3SS was often revealed in agamospermous progenies. This ratio is characteristic for gametes of tetraploid plant having genotype FF/SS. This suggests that the agamospermous offspring developed from the diploid gametes, which, in turn, are arisen as result of the meiosis of tetraploid cells present as an impurity among the bulk of the maternal plant diploid cells. The findings also point to the fact that not only ploidy differences in cell populations (mixoploidy) influences on the ratio of phenotypic classes in agamospermous progeny. The level of polyteny of chromosomal sites in the cells entering into embryogenesis through agamospermy influences on the phenotypic class ratio in the progeny. Polymorphism in this case is due to the diminution of excess copies of the alleles of marker gene. Diminution occurs on the laws of probability, ie, according to the laws of combinatorics. Polymorphism in the agamospermous progenies which arises as a result of chromatin diminution is not associated with changes in ploidy, which take place during meiosis and gamete fusion. The special status of the genome in cells of plants propagated by the agamospermy is manifested also in the structural organization of the enzyme loci detectable by PCR.
Keywords: Agamospermy, mixoploidy, polyteny, isozymes, phenotype ratios, sugar beet

References:

1. Gustafsson, A. Apomixis in higher plants / A. Gustafsson // Lunds. Univ. Arsskz. N. S. Sect. 2. - 1947. - Vol. 43, № 12. - P. 184-370.
2. Малецкий, С. И. Самофертильность и агамоспермия у сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) / С. И. Малецкий, Е. И. Малецкая // Генетика. - 1996. - Т. 32, № 12. - С. 1643-1650.
3. Левитес, Е. В. Псевдосегрегация в агамоспермных потомствах пыльцестерильных растений сахарной свеклы (Beta vularis L.) / Е. В. Левитес, Т. Шкутник, О. Н Овечкина, С. И. Малецкий // Доклады РАН. - 1998. - Т. 362. - № 3. - С. 430-432.
4. Малецкий, С. И. Автосегрегация и сцепленное наследование в агамоспермных потомствах сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) / С. И. Малецкий Е. В. Левитес, Е. И. Малецкая, О. Н. Овечкина // Генетика. - 1998. - Т. 34. - № 4. - С. 520-527.
5. TschermakWoess, E. Űber Kernstrukturen in den endopolyploiden antipoden von Clivia miniata / E. TschermakWoess // Chromosoma. - 1957. - Bd. 8. - S. 637-649.
6. Hasitschka-Jenschke, G. Vergleichende karyologische untersuchungen an Antipoden / G. Hasitschka-Jenschke // Chromosoma. - 1959. - Bd. 10. - S. 229-267.
7. Odenbach, W. Histologische und cytologische Untersuchungen der Entwicklungsvorgange nach der Bestaubung von Gerste mit Roggen / W. Odenbach // Zs. Pflanzenzucht. - 1965. - Bd. 53. - S. 1-52.
8. Ивановская, Е. В. Функциональная эмбриология политенных хромосом антипод пшеницы / Е. В. Ивановская // Цитология. - 1973. - Т. 15, № 12. - C. 1445-1452.
9. Hakansson, A. Notes on the giant chromosomes of Allium nutans / A. Hakansson // Bot. Notiser. - 1957. - Vol. 110. - № 2. - P. 196-200.
10. Nagl, W. Endopolyploidy and Polyteny in Differentiation and Evolution / W. Nagl. - Amsterdam; The Netherlands : North Holland Publ. Co, 1978. - 283 p.
11. Czapik, R. Enigma of apogamety / R. Czapik // Protoplasma. - 1999. - Vol. 208. - P. 206-210.
12. Batygina, T. B. The reproductive system and germination in Orchids / T. B. Batygina, E. A. Bragina, V. E. Vasilyeva // Acta Biol. Cracovensia Series Botanica. - 2003. - Vol. 45. - № 2. - P. 21-34.
13. Nagl, W. Mikrophotometrische DNS Messungen an Interphase - und Ruhekernen sowie Mitosen in der Samenanlage von Pinus silvestris / W. Nagl // Z. Pflanzenphysiol. - 1967. - Bd. 56. - S. 40-56.
14. Ермаков, И. П. Цитохимическое изучение ДНК в процессе созревания яйцеклетки и в раннем эмбриогенезе у Pinus sibirica Du Tour / И. П. Ермаков, Л. М. Баранцева, Н. П. Матвеева // Онтогенез. - 1981. - Т. 12. - № 4. - С. 339-345.
15. Морозова, Е. М. Дополнительная ядерная ДНК в клетках зародышевых мешков Haemanthus albiflos и Ornithogalum caudatum / Е. М. Морозова // Изв. РАН. Серия Биол. - 2002. - № 2. - С. 238-242.
16. Mericle, L. W. Nuclear DNA complement in young proembryos of barley / L. W. Mericle, R. P. Mericle // Mutat. Res. - 1970. - Vol. 10, № 10. - P. 508-518.
17. Vallade, J. Niveaux de DNA dans les noyaux zygoteniques chez Ie Petunia hybrida hort / J. Vallade, A. Cornu, S. Essad, J. Alabouverte // Bull. Soc. Bot. France. 1978. - Vol. 125. - №1/2. - P. 253-258.
18. Levites, E. V. Sugarbeet plants produced by agamospermy as a model for studying genome structure and function in higher plants / E. V. Levites // Sugar Tech. - 2005. - Vol. 7. - № (2&3). - P. 67-70.
19. Levites, E. V. Marker enzyme phenotype ratios in agamospermous sugarbeet progenies as a demonstration of multidimensional encoding of inherited information in plants / A. I. Ermakov. - [Electronic resource]. - Access mode: http://arxiv.org/abs/q-bio/0701027.
20. Левитес, Е. В. Сахарная свекла как модельный объект при исследовании кодирования наследственной информации у растений / Е. В. Левитес // Энциклопедия рода Beta. Биология, генетика и селекция свеклы. - Новосибирск: Сова. - 2010. - С. 302-317.
21. Levites, E. V. Post-meiotic apozygotic combinatory process in sugar beet (Beta vulgaris L.) / E. V. Levites, S. S. Kirikovich // Advances in Bioscience and Biotechnology. - 2012. - Vol. 3. - № 1. - P. 75-79.
22. Haldane, J. B. S. Theoretical genetics of autopolyploids / J. B. S. Haldane // J. Genet. - 1930. - Vol. 22. - № 3. - P. 359-372.
23. Weber, E. Grundriss der biologischen statistic / E. Weber. - Stuttgart: Gustav Fischer Verlag, 1986. - P. 652.
24. Карташов, М. Ю. Оценка изменчивости уровня копийности ферментных генов в агамоспермном потомстве сахарной свеклы методом ПЦР в реальном времени / М. Ю. Карташов, Н. А. Виниченко, С. С. Кирикович, Е. В. Чаусов, В. А. Терновой, Е. В. Левитес // Международная научная конференция «Наука - XXI век» Россия (г. Москва, 27-28 февраля 2015 г.). - М., 2015. - С. 49-55.
25. Vinichenko, N. A. The genetic instability of the Adh1 locus alleles in sugar beet agamospermous progeny / N. A. Vinichenko, S.S. Kirikovich, E. V. Levites // Sugar Tech. - 2006. - Vol. 8. - № 4. - P. 288-291.
26. Nagl, W. Photoperiodic control of activity of the suspensor polytene chromosomes in Phaseolus vulgaris / W. Nagl // Z. Pflanzenphysiol. - 1973. - Bd. 70. - S. 350-357.
27. Levites, E. V. Influence of external conditions on the combinatorial processes at agamospermy / E.V. Levites, S. S. Kirikovich // Advances in Bioscience and Biotechnology. - 2013. - Vol. 4. - P. 89-94.
28. Кирикович, С. С. Автосегрегация по локусу, контролирующему малик-фермент, в агамоспермном потомстве триплоидного растения сахарной свеклы / С. С. Кирикович, Е. В. Левитес // Биология развития: морфогенез репродуктивных структур и роль соматических, стволовых клеток в онтогенезе и эволюции : материалы международной конференции (13-16 декабря 2010 г.) - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2010. - С. 71-73.
29. Levites, E. V. Autosegregation of enzyme loci Me1 and Gpi2 in agamospermous progenies of triploid sugar beet plants / E. V. Levites, S. S. Kirikovich. - [Electronic resource] Access mode: http:// precedings.nature.com/documents/5464/version/1.

Authors:

1. Levites Evgenii Vladimirovich, the candidate of biological Sciences, Senior Researcher; Laboratory of Population Genetics of plants, Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences.
2. Kirikovich Svetlana Sergeevna, the candidate of biologocal Sciences, Researcher; Laboratory of Population Genetics of plants, Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences.
3. Vinichenko Natalia Alexandrovna, Junior Researcher; Laboratory of Population Genetics of plants, Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences.