Botanica Pacifica

Chromosome studies

Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation 2024. 13(1):183-187
Article first published online: 28 APR 2024 | DOI: 10.17581/bp.2024.13112

Nuclear genome size analysis in Krascheninnikovia ceratoides s. l. (Amaranthaceae)

Maria N. Lomonosova 1 ORCID, Tatyana V. Pankova 1 ORCID, Elena A. Korolyuk 1 ORCID, Dmitry N. Shaulo 1 ORCID, Bektemir Osmonali 2 ORCID & Evgenii G. Nikolin 3 ORCID

1 Central Siberian Botanical Garden SB RAS, Novosibirsk, Russia
2 Institute of Botany and Phytointroduction, Almaty, Kazakhstan
3 Institute for Biological Problems of Cryolithozone SB RAS, Yakutsk, Russia


The total nuclear DNA amount (2C value) of 75 individuals of Krascheninnikovia ceratoides s. l. was assessed by flow cytometry in 16 populations. The mean 2C value in all samples ranged from 2.59 to 6.99 pg. The relationship between total 2C values and ploidy level was calibrated using chromosome counting in four populations. Diploids (2n = 18) and tetraploids (2n = 36) were revealed. In diploid plants, mean 2C value varied between 2.59 to 3.72 pg, in tetraploids − from 6.04 to 6.99 pg. The GS of diploids is approximately half the GS of tetraploids. Diploids were observed in seven populations from the Orenburg Region and the Republic of Tyva (Russia), Kyzylorda and Almaty Regions (Kazakhstan). Tetraploids were recorded in eight populations from Kazakhstan, Orenburg and Novosibirsk Regions, from the Republics of Altai and Sakha (Yakutia). One mixed population was found in the Republic of Khakassia represented by di- and tetraploids. We did not find any regularity in the geographical distribution of the two cytotypes. The studied plants showed no significant morphological features of taxonomic value, therefore we consider all the samples belong to Krascheninnikovia ceratoides s. str.

Ломоносова М.Н., Панкова Т.В., Королюк Е.А., Шауло Д.А., Осмонали Б., Николин Е.Г. Анализ размера генома Krascheninnikovia ceratoides s.l. (Amaranthaceae). Общее количество ядерной ДНК (2С-value) 75 особей Krascheninnikovia ceratoides s. l. из 16 популяций оценивали методом проточной цитометрии. Среднее значение 2C во всех образцах колебалось от 2,59 до 6,99 пг. Взаимосвязь между общими значениями 2C и уровнем плоидности была откалибрована с использованием подсчета хромосом в четырех популяциях. Были выявлены диплоиды (2n = 18) и тетраплоиды (2n = 36). У диплоидных растений среднее значение 2С варьировало от 2,59 до 3,72 пг, у тетраплоидов − от 6,04 до 6,99 пг. Показано, что размер генома диплоидов составляет примерно половину размера генома тетраплоидов. Диплоиды выявлены в семи популяциях из Оренбургской области, Республики Тыва (Россия), Кызылординской и Алматинской областей (Казахстан). Тетраплоиды − в восьми популяциях из Казахстана, Оренбургской и Новосибирской областей, из республик Алтай и Саха (Якутии). В Республике Хакасия была обнаружена одна смешанная популяция, представленная ди- и тетраплоидами. Мы не обнаружили какой-либо закономерности в географическом распределении двух цитотипов. Существенных морфологических различий между ними также выявлено не было, что указывает на принадлежность всех исследованных образцов к Krascheninnikovia ceratoides s. str.

Keywords: chromosome number, cytotype, flow cytometry, genome size variation, 2C nuclear DNA content, ploidy level, проточная цитометрия, число хромосом, уровень плоидности, изменчивость размера генома, 2C содержание ядерной ДНК, цитотип

PDF    


References

Aktaeva, M.K. 1973. Karyology and morphological analysis of Krascheninnikovia Gueldenst. (Eurotia Adans.). Izvestiya Akademii Nauk Kazahskoi SSR. Ser. Biol. 6: 4−6 (in Russian). [Актаева М.К. 1973. Кариология и морфологический анализ рода Krascheninnikovia Gueldenst. (Eurotia Adans.) // Известия Академии Наук Казахской ССР, сер. биол. № 6. С. 4-6].

An'kova, T.V. & E.A. Korolyuk 2017. IAPT/IOPB chromosome data 26 (K. Marhold, ed.). Taxon 66(6):1487-1488, E2-4. CrossRef

An'kova, T.V., M.N. Lomonosova, M.S. Voronkova, A.A. Petruk, B. Osmonali & P.V. Vesselova 2020. IAPT chromosome data 32/2 (K. Marhold ed.). Taxon 69(5):1127, E3-E6.

Dobeš, Ch., B. Hahn & W. Morawetz 1997. Chromosomenzahlen zur Gefäβpflanzen-Flora Österreichs. Linzer biologische Beiträge 29(1):5-43.

Doležel, J. & J. Bartoš 2005. Plant flow cytometry and estimation of nuclear genome size. Annals of Botany 95:99-110. CrossRef

Doležel, J., J. Greilhuber, S. Lucretti, A. Meister, M.A. Lysák, L. Nardi & R. Obermayer. 1998. Plant Genome size estimation by flow cytometry: Inter-laboratory comparison. Annals of Botany 82:17-26. CrossRef

Doležel, J, J. Greilhuber & J. Suda 2007. Estimation of nuclear DNA content in plants using flow cytometry. Nature Protocols 2:2233-2244. CrossRef

Greilhuber, J 2005. Intraspecific variation in genome size in angiosperms: identifying its existence. Annals of Botany 95:91-98. CrossRef

Heklau, H. & M. Röser 2008. Delineation, taxonomy and phylogenetic relationships of the genus Krascheninnikovia (Amaranthaceae subtribe Axyridinae). Taxon 57(2):563−576.

Kamelin, R.V. 2011. Ancient xerophilous family Chenopodiaceae in the Turanian and Central asian flora. Botanicheskii Zhurnal 96(4):441-464 (in Russian with English summary). [Древнексерофильное семейство Chenopodiaceae во флоре Турана и Центральной Азии // Ботанический журнал. Т. 96, № 4. С. 441-464].

Kolář, F, M. Čertner, J. Suda, P. Schönswetter & B.C. Husband 2017. Mixed ploidy species: progress and opportunities in polyploid research. Trends in Plant Science 22:1041-1055. CrossRef

Kurban, N. 1984. Karyotype analysis of three species of Ceratoides. Acta Phytotaxonomica Sinica 22:466-468 (in Chinese with English summary).

Lomonosova, M.N. & A.A. Krasnikov 1993. Chromosome numbers in some members of the Chenopodiaceae. Botanicheskii Zhurnal 78(3):158-159 (in Russian). [Ломоносова М. Н., Красников А. А. 1993. Числа хромосом некоторых представителей семейства Chenopodiaceae // Ботанический журнал. Т. 78, № 3. С. 158-159.

Lomonosova, M.N., T.V. An'kova, M.S. Voronkova, E.A. Korolyuk, E.V. Banaev & M.V. Skaptsov 2020. Ploidy level in the representatives of Chenopodiaceae from North Asia as revealed by genome size and chromosome numbers. Turczaninowia 23(1):24. CrossRef

Otto, F. 1992. Preparation and staining of cells for highresolution DNA analysis. In: Flow cytometry and cell sorting (A. Radbruch, ed.), pp. 101-104, Springer, Berlin. CrossRef

Pellicer, J., R.F. Powell & I.J. Leitch 2021. The application of flow cytometry for estimating genome size, ploidy level, endopolyploidy, and reproductive modes in plants. In: Molecular Plant Taxonomy. 2nd edition (P. Besse, ed.) pp. 329-361. Human Press, Springer, New York. CrossRef

Pérez-Collazos, E. & P. Catalán 2007. Genetic diversity analysis and conservation implications for the Iberian threatened populations of the irano-turanian relict Krascheninnikovia ceratoides (Chenopodiaceae). Biological Journal of the Linnean Society 92:419-429. CrossRef

Pfosser, M., A. Amon, T. Lelley & E. Heberle-Bors 1995. Evaluation of sensitivity of flow cytometry in detecting aneuploidy in wheat using disomic and ditelosomic wheat-rye addition lines. Cytometry 21:387-393. CrossRef

Radzhabli, E.P. & V.D. Rud'. 1972. The formation and use of polyploid forms of plants. Nauka, Novosibirsk, 132 pp. (in Russian). [Раджабли Е.П., Рудь В.Д. 1972. Получение и использование полиплоидных форм растений. Новосибирск: Наука. 32 с.].

Seidl, A., E. Pérez-Collazos, K. Tremetsberger, M. Carine, P. Catalán & K-G. Bernhardt 2020. Phylpogeny and biogeography of pleistocene holarctic steppe and semidesert goosefoot plant Krascheninnikovia ceratoides. Flora 262:151504. CrossRef

Seidl, A., K. Tremetsberger, S. Pfanzelt, F.R. Blattner, B. Neuffer, N. Friesen, H. Hurka, A. Shmakov, O. Batlai, A.Ž. Čalasan, P.V. Vesselova & K-G. Bernhardt. 2021. The phylogeographic history of Krascheninnikovia reflects the development of dry steppes and semi-deserts in Eurasia. Scientific Reports 11:6645. CrossRef

Skaptsov, M.V., M.N. Lomonosova, M.G. Kutsev, S.V. Smirnov & A.I. Shmakov. 2017. The phenomenon of endopolyploidy in some species of the Chenopodioideae (Amaranthaceae). Botany Letters 164(1):47-53. CrossRef

Smirnov, Yu.A. 1968. Accelerated method for studying somatic chromosomes in fruit trees. Tsitologiya 10(12):1132-1134 (in Russian). [Смирнов Ю.А. 1968. Ускоренный метод исследования соматических хромосом плодовых // Цитология. Т. 10, № 12. С. 1132-1134].

Suda, J., & P. Trávníček 2006. Reliable DNA ploidy determination in dehydrated tissues of vascular plants by DAPI flow cytometry - new prospects for plant research. Cytometry Part A 69:273-280. CrossRef

Tate, J.A, P.S. Soltis & D.E. Soltis 2005. Polyploidy in plants. In: The evolution of the genome (T. Gregory, ed.), pp. 371−426, Academic Press, Esevier Inc. CrossRef

Wang, P.C., L.L. Zhao, B.T. Mo, Y. Zhang, J. Chen & L.B. Wang 2015. Genetic diversity of Ceratoides arborescens, a species endemic to China, detected by inter-simple sequence repeat (ISSR). Genetics Molecular Research 14(2):56585666. CrossRef

Zakharjeva, O.I. & Yu.D. Soskov 1981. Chromosome number in desert herbage plants. Byulleten' Vsesoyuznogo nauchno-issledovatel'skogo Instituta Rastenievodstva im. N.I. Vavilova 108:57-60 (in Russian). [Захарьева О.И., Сосков Ю.Д. 1981. Хромосомные числа некоторых пустынных кормовых растений. // Бюллетень Всесоюзного научно-исследовательского Института Растениеводства им. Н.И. Вавилова. Т. 108. С. 57-60].

Zhu, G.-L., S.L. Mosyakin & S.E. Clemants 2003. Chenopodiaceae. In: Flora of China, vol. 5 (Z.Y. Wu, P.H. Raven & D.-Y Hong, eds), pp. 351-414, Science Press, Beijing & Missouri Botanical Garden Press, St. Louis.





© The Author(s). 2024 Open Access (CC) BY-NC license: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/