AGRIS - 

2022

Родионов, Александр Викентьевич

The article considers the genetic mechanisms of plant speciation. The importance of interspecific hybridization and polyploidy (whole genome duplication, WGD) as the main mechanisms of plant speciation is shown. There are three main ways of transformations of the hybrid genome associated with speciation. In the first way, the ploidy of the offspring does not change in comparison with the parents’ ploidy; the genomes of hybrid lines are stabilized through backcrosses and introgression without polyploidization. In the second way, the interspecial hybridization followed by whole genome duplication. Then, the initially unstable neopolyploid genome gradually passes into a stable eupolyploid state with the preservation of the polyploid number of chromosomes but with the diploid type of chromosome conjugation in meiosis. This is a widespread and rapid mechanism of plant speciation and genus formation in higher plants, which ensured the morphological and genetic isolation and adaptability of at least 15 % of modern species of higher plants. However, this is a path that usually does not lead to aromorphoses, this is speciation at an already achieved level of complexity. The third way of speciation is realized through dysploidy and secondary diploidization of the genome. In this case, the neopolyploid undergoes significant genomic rearrangements and loses most of the duplicated gene copies, its number of chromosomes is radically reduced. In different individuals of a species that has embarked on the path of stochastic genome fractionation and dysploidy, the initial genetic redundancy of various genome components multiplied after WGD is transformed in an unpredictably unique way, which leads to a radical increase in intraspecific genomic and epigenetic polymorphism and provides rich material for natural selection. It was also shown that in eupolyploids and paleopolyploids, a significant role in heritable adaptations to environmental conditions and in anatomical and morphological innovations is played by segment and tandem duplications not associated with WGD. Some of the paleopolyploids, which turned out to be evolutionarily progressive morphotypes, possessing aromorphoses with diploidized genomes, give rise to new phylogenetic branches, new suprageneric taxa. The article proposes to assign both genera carrying a unique two-chromosomal genome Zingeria and Colpodium (x = 2; 2n = 4, 8, 12) into subtribe Zingeriinae Rodionov, subtrib. nov. – Type: Zingeria P. A. Smirn. In addition, the accomodation of the genera Helictochloa and Molineriella into one subtribe Helictochloinae Röser et Tkach seems to us unreasonable from a genomic point of view, since the fundamental difference between representatives of these two genera is that Molineriella species carry an unusual 4-chromosomal genome, while speciation in genus Helictochloa(2n = 14 – 154) goes through the combinations of different 7-chromosome subgenomes, denoted by the letters E, L, B, C, M, V, G, U. Therefore, we consider it necessary to assign Molineriella into a monogenic subtribe MolineriellinaeRodionov, subtrib. nov. – Type: Molineriella Rouy. | В статье рассмотрены генетические механизмы видообразования у растений. Показано значение межвидовой гибридизации и полиплоидии (полногеномной дупликации, WGD) как основных для растений механизмов видообразования. Рассматриваются три пути преобразований гибридного генома, связанные с видообразованием. В первом варианте плоидность потомства в сравнении с плоидностью родителей не меняется, геном гибридной линии стабилизируется посредством возвратных скрещиваний и интрогрессии без полиплоидизации. Во втором варианте геном гибрида полиплоидизируется, первоначально нестабильный геном неополиплоида постепенно переходит в стабильное состояние эуполиплоида с сохранением полиплоидного числа хромосом, но с диплоидным типом конъюгации хромосом в мейозе. Это широко распространенный и быстрый механизм видо- и родообразования у высших растений, который обеспечил морфологическую и генетическую обособленность и адаптивность не менее 15 % современных видов высших растений, но это путь, который обычно не приводит к ароморфозам, это видообразование на уже достигнутом уровне сложности. Третий путь видообразования реализуется посредством дисплоидии и вторичной диплоидизации генома. В этом случае неополиплоид претерпевает значительные геномные перестройки и утрачивает большую часть дуплицированных копий генов, число хромосом его радикально уменьшается. У разных особей вида, вставшего на путь стохастического фракционирования генома и дисплоидии, исходная генетическая избыточность разных компонентов генома, мультиплицированных после WGD, трансформируется непредсказуемо своеобразно, что приводит к радикальному увеличению внутривидового геномного и эпигенетического полиморфизма и дает богатый материал для естественного отбора. Также показано, что у эуполиплоидов и палеополиплоидов значительную роль в наследуемых адаптациях к условиям среды и в анатомо-морфологических новациях играют сегментные и тандемные дупликации генов, не связанные с WGD. Некоторые из палеополиплоидов, оказавшиеся эволюционно прогрессивными морфотипами, обладатели ароморфозов с диплоидизированными геномами, дают начало новым филогенетическим ветвям, новым надродовым таксонам. В статье предлагается выделить роды с уникальным двухромосомным геномом Zingeria и Colpodium (x =2; 2n = 4, 8, 12) в подтрибу ZingeriinaeRodionov, subtrib. nov. – Тип: Zingeria P. A. Smirn. Кроме того, объединение в одну подтрибу HelictochloinaeRöser et Tkach родов Helictochloa и Molineriella кажется нам необоснованным с геномной точки зрения, поскольку фундаментальным различием между этими двумя родами является то, виды Molineriella несут необычный 4-хромосомный геном, в то время как видообразование в роде Helictochloa (x = 7; 2n = 14–154) идет через перебор разных сочетаний 7-хромосомных субгеномов, обозначаемых буквами E, L, B, C, M, V, G, U. Поэтому мы считаем необходимым выделить виды этого рода в отдельную подтрибу MolineriellinaeRodionov, subtrib. nov. – Type: Molineriella Rouy.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Лян, Си-Кви | Чжан, Ш.-Б. | Чжан, Сянь-Чунь

A new species of the genus Asplenium L. from northern Qinghai, A. delinghaense S. Q. Liang et X. C. Zhang, is described and illustrated here. This new species resembles A. iskardense Viane et Reichst., A. daghestanicum Christ, and A. neovarians Ching but differs in frond and perispore morphology. Molecular phylogenetic evidence supported the close relationship of A. delinghaense with members of the A. varians complex and the A. pekinense complex and indicated an allotetraploid origin of it. | Описан и проиллюстрирован новый вид рода Asplenium L. из северного Цинхая – A. delinghaense S. Q. Liang et X. C. Zhang. Новый вид напоминает A. iskardense Viane et Reichstein, A. daghestanicum Christ и A. neovariansChing, но отличается формой вай и морфологией периспория. Молекулярно-филогенетические данные подтверждают тесную связь A. delinghaense с видами комплексов A. varians и A. pekinense и указывают на его аллотетраплоидное происхождение.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Родионов, Александр Викентьевич

В статье рассмотрены генетические механизмы видообразования у растений. Показано значение межвидовой гибридизации и полиплоидии (полногеномной дупликации, WGD) как основных для растений механизмов видообразования. Рассматриваются три пути преобразований гибридного генома, связанные с видообразованием. В первом варианте плоидность потомства в сравнении с плоидностью родителей не меняется, геном гибридной линии стабилизируется посредством возвратных скрещиваний и интрогрессии без полиплоидизации. Во втором варианте геном гибрида полиплоидизируется, первоначально нестабильный геном неополиплоида постепенно переходит в стабильное состояние эуполиплоида с сохранением полиплоидного числа хромосом, но с диплоидным типом конъюгации хромосом в мейозе. Это широко распространенный и быстрый механизм видо- и родообразования у высших растений, который обеспечил морфологическую и генетическую обособленность и адаптивность не менее 15 % современных видов высших растений, но это путь, который обычно не приводит к ароморфозам, это видообразование на уже достигнутом уровне сложности. Третий путь видообразования реализуется посредством дисплоидии и вторичной диплоидизации генома. В этом случае неополиплоид претерпевает значительные геномные перестройки и утрачивает большую часть дуплицированных копий генов, число хромосом его радикально уменьшается. У разных особей вида, вставшего на путь стохастического фракционирования генома и дисплоидии, исходная генетическая избыточность разных компонентов генома, мультиплицированных после WGD, трансформируется непредсказуемо своеобразно, что приводит к радикальному увеличению внутривидового геномного и эпигенетического полиморфизма и дает богатый материал для естественного отбора. Также показано, что у эуполиплоидов и палеополиплоидов значительную роль в наследуемых адаптациях к условиям среды и в анатомо-морфологических новациях играют сегментные и тандемные дупликации генов, не связанные с WGD. Некоторые из палеополиплоидов, оказавшиеся эволюционно прогрессивными морфотипами, обладатели ароморфозов с диплоидизированными геномами, дают начало новым филогенетическим ветвям, новым надродовым таксонам. В статье предлагается выделить роды с уникальным двухромосомным геномом Zingeria и Colpodium (x =2; 2n = 4, 8, 12) в подтрибу ZingeriinaeRodionov, subtrib. nov. – Тип: Zingeria P. A. Smirn. Кроме того, объединение в одну подтрибу HelictochloinaeRöser et Tkach родов Helictochloa и Molineriella кажется нам необоснованным с геномной точки зрения, поскольку фундаментальным различием между этими двумя родами является то, виды Molineriella несут необычный 4-хромосомный геном, в то время как видообразование в роде Helictochloa (x = 7; 2n = 14–154) идет через перебор разных сочетаний 7-хромосомных субгеномов, обозначаемых буквами E, L, B, C, M, V, G, U. Поэтому мы считаем необходимым выделить виды этого рода в отдельную подтрибу MolineriellinaeRodionov, subtrib. nov. – Type: Molineriella Rouy. | The article considers the genetic mechanisms of plant speciation. The importance of interspecific hybridization and polyploidy (whole genome duplication, WGD) as the main mechanisms of plant speciation is shown. There are three main ways of transformations of the hybrid genome associated with speciation. In the first way, the ploidy of the offspring does not change in comparison with the parents’ ploidy; the genomes of hybrid lines are stabilized through backcrosses and introgression without polyploidization. In the second way, the interspecial hybridization followed by whole genome duplication. Then, the initially unstable neopolyploid genome gradually passes into a stable eupolyploid state with the preservation of the polyploid number of chromosomes but with the diploid type of chromosome conjugation in meiosis. This is a widespread and rapid mechanism of plant speciation and genus formation in higher plants, which ensured the morphological and genetic isolation and adaptability of at least 15 % of modern species of higher plants. However, this is a path that usually does not lead to aromorphoses, this is speciation at an already achieved level of complexity. The third way of speciation is realized through dysploidy and secondary diploidization of the genome. In this case, the neopolyploid undergoes significant genomic rearrangements and loses most of the duplicated gene copies, its number of chromosomes is radically reduced. In different individuals of a species that has embarked on the path of stochastic genome fractionation and dysploidy, the initial genetic redundancy of various genome components multiplied after WGD is transformed in an unpredictably unique way, which leads to a radical increase in intraspecific genomic and epigenetic polymorphism and provides rich material for natural selection. It was also shown that in eupolyploids and paleopolyploids, a significant role in heritable adaptations to environmental conditions and in anatomical and morphological innovations is played by segment and tandem duplications not associated with WGD. Some of the paleopolyploids, which turned out to be evolutionarily progressive morphotypes, possessing aromorphoses with diploidized genomes, give rise to new phylogenetic branches, new suprageneric taxa. The article proposes to assign both genera carrying a unique two-chromosomal genome Zingeria and Colpodium (x = 2; 2n = 4, 8, 12) into subtribe Zingeriinae Rodionov, subtrib. nov. – Type: Zingeria P. A. Smirn. In addition, the accomodation of the genera Helictochloa and Molineriella into one subtribe Helictochloinae Röser et Tkach seems to us unreasonable from a genomic point of view, since the fundamental difference between representatives of these two genera is that Molineriella species carry an unusual 4-chromosomal genome, while speciation in genus Helictochloa(2n = 14 – 154) goes through the combinations of different 7-chromosome subgenomes, denoted by the letters E, L, B, C, M, V, G, U. Therefore, we consider it necessary to assign Molineriella into a monogenic subtribe MolineriellinaeRodionov, subtrib. nov. – Type: Molineriella Rouy.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

E. N. Sedov | G. A. Sedysheva | M. A. Makarkina | Z. M. Serova | S. A. Korneyeva | E. S. Salina | Е. Н. Седов | Г. А. Седышева | М. А. Макаркина | З. М. Серова | С. А. Корнеева | Е. С. Салина

As a result of a 60-year-long work on apple breeding the assortment of apple of the Middle Zone of Russia has been studied and its advantages and disadvantages have been revealed. Owing to the target large-scale breeding work more than 70 apple cultivars have been developed, 48 of which have been included into the State Register of Breeding Achievements Allowed for Use (regionalized). The first Russian home scab immune apple cultivars have been developed; the first series of triploid cultivars have been obtained from 2x x 4x and 4x x 2x crossings, which are characterized by more regular fruit bearing and better fruit marketability; the cultivars with improved biochemical composition of fruits have been created. A number of columnar apple cultivars promising in the assortment improvement have been developed at the Institute. New apple cultivars and hybrids suitable for the production of high quality juice of the first pressing have been singled out.Nevertheless, the demands to the assortment are constantly on the increase; therefore, breeders face many new production tasks | В итоге 60-летней работы по селекции яблони изучен сортимент яблони в средней полосе России, выявлены его достоинства и недостатки. Благодаря целенаправленной крупномасштабной селекционной работе большого междисциплинарного коллектива создано более 70 сортов яблони, из которых 48 включено в Госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию (районировано). Созданы первые в России отечественные иммунные к парше сорта яблони; от разнохромосомных скрещиваний типа 2х х 4х и 4х х 2х получена первая серия триплоидных сортов, характеризующихся более регулярным плодоношением и лучшей товарностью плодов; созданы сорта с улучшенным биохимическим составом плодов. В институте выведен ряд колонновидных сортов, открывающих новые перспективы в совершенствовании сортимента. Выделены новые сорта и гибриды, пригодные для производства высококачественного сока прямого отжима.Однако требования к сортименту постоянно растут, в связи с чем, перед селекционерами стоят многие новые задачи, выдвигаемые производством.

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus

2022

V. A. Kozlov | В. А. Козлов

The analysis of existing creation schemes of starting potatoes material on diploids level is presented in the article and the reasons for the choice of Chase scheme with some changes and additions are given. | В статье представлен анализ существующих схем создания исходного материала картофеля на диплоидном уровне и аргументирован выбор схемы Чейза с некоторыми изменениями и дополнениями.

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus

2020

Ломоносова, Мария Николаевна | Анькова, Татьяна Владимировна | Воронкова, Мария Сергеевна | Королюк, Елена Анатольевна | Банаев, Евгений Викторович | Скапцов, Михаил Викторович

The article presents the results of measuring the genome size (DNA content in nuclei) by flow cytometry and determining the ploidy level for 30 species of the Chenopodiaceae family in 50 natural populations from Russia, Armenia, Belarus, Kazakhstan, Tajikistan and South Korea. Genome size of 12 species was determined for the first time; they are: Atriplex patens, A. pedunculata, A. sibirica, A. verrucifera, Axyris amaranthoides, Camphorosma songorica, Ceratocarpus arenarius, Chenopodium vachellii, Corispermum declinatum, Oxybasis gubanovii, Salsola collina, Spirobassia hirsuta. Along with flow cytometric analysis, ploidy level of 13 species (Atriplex patens, A. prostrata, Bassia prostrata, Chenopodium album, C. betaceum, C. frutescens, C. karoi, C. luteorubrum, C. novopokrovskianum, C. strictum s. l., C. vachellii, Krascheninnikovia ceratoides, and Oxybasis gubanovii) from 23 populations was determined by direct chromosome counting. Genome size of 11 species was studied in two or more populations. It was shown that differences in the genome size of samples in populations from different part of the area did not exceed 5 % in diploids (Atriplex sagittata, A. sibirica) and tetraploids (Atriplex patens, Chenopodium album, C. betaceum, C. novopokrovskianum, C. strictum and Krascheninnikovia ceratoides). Two cytotypes were identified in Bassia prostrata: diploid in the Republic of Altai and tetraploid in Novosibirsk Region. A tetraploid cytotype of Chenopodium sosnovskyi was revealed in Armenia. It was shown that the genome size can be a reliable criterion to determine the ploidy level in related taxa of the Chenopodiaceae. | В статье представлены результаты измерения размера генома (содержания ДНК в ядрах) методом проточной цитометрии и определения уровня плоидности для 30 видов семейства Chenopodiaceae в 50 популяциях из природных местообитаний России, Армении, Беларуси, Казахстана, Таджикистана и Южной Кореи. Впервые размер генома был определен у 12 видов, это A. patens, A. pedunculata, A. sibirica, A. verrucifera, Axyris amaranthoides, Camphorosma songorica, Ceratocarpus arenarius, Chenopodium vachellii, Corispermum declinatum, Oxybasis gubanovii, Salsola collina, Spirobassia hirsuta. У образцов 13 видов (Atriplex patens, A. prostrata, Bassia prostrata, Chenopodium album, C. betaceum, C. frutescens, C. karoi, C. luteorubrum, C. novopokrovskianum, C. strictum s. l., C. vachellii, Krascheninnikowia ceratoides, и Oxybasis gubanovii) из 23 популяций уровень плоидности был определен также прямым подсчетом хромосом. Размер генома 11 видов был определен в двух и более популяциях. Показано, что различия в размере генома образцов в популяциях из различных участков ареала у диплоидов Atriplex sagittata, A. sibirica и у тетраплоидов Atriplex patens, Chenopodium album, C. betaceum, C. novopokrovskianum, C. strictum и Krascheninnikovia ceratoides не превышают 5 %. Два цитотипа были выявлены у Bassia prostrata: диплоидный в республике Алтай и тетраплоидный в Новосибирской области. Выявлено наличие тетраплоидного цитотипа Chenopodium sosnovskyi на территории Армении. Показано, что размер генома может являться надежным критерием для определения уровня плоидности у родственных таксонов семейства Chenopodiaceae.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2016

Бакай, А.В. | Илялов, Д.Ф. | Бакай, Ф.Р. | Лепёхина, Т.В.

В настоящей статье рассмотрены основные кариотипические нарушения с определенным акцентом на необходимость цитогенетического контроля коров с высокой продуктивностью. Установлено, что у коров с разными репродуктивными функциями встречаются количественные изменения генома. Наиболее частая форма проявления нарушений кариотипа представлена анеуплоидией у коров, имевших аборты и случаи мертворождения. Анеуплоидия не редкое явление у коров, возникающее вледствии нерасхождения или потери хромосом. Авторы рассмотрели спектр и частоту хромосомных нарушений у коров с нарушением репродуктивных функций. Большая доля аберрантных клеток выявлена у коров VIII группы – 8,91 %,которые имели аборты, случаи мертворождений и отличались удлиненным интервалом от первого осеменения до плодотворного.

Show more [+]

Less [-]

Marina Sokolova Publishings - Russian Federation

Hatefov, E.B. | Scherbak, V.S.

A brief overview of the main achievements in the field of breeding plants polyploidy. Examples polyploids spread in the wild and their frequencies in different zones of the globe. It noted Morfobiologichesky features polyploid plants and arising from polyploidy breeding problems. Various methods and techniques usedby breeders to obtain polyploid forms of plants, as well as improving crop techniques polyploidy. The authorsshows data of change in response to biotic and abiotic factors of exposure at the transition to polyploid plants level, protein content and other chemical components polyploid plants and grains. Emphasis is placed on basicand perspective directions of breeding tetraploid plant varieties, noted difficulties in carrying out research work. Separately, touched on the fertility of tetraploid crops. The possible reasons for their decline, which are mainly governed by genes regulating complex processes of meiosis. The optimal way of their selection study to improve their fertility, which are reduced to a concentration of genes favoring divalent chromosome segregation in meiosisin the selectable material with subsequent reproduction and next selection cycle. Emphasis is placed on the significance of genetic polymorphism of tetraploid genotypes to maintain high values of their fertility. The descriptions of breeding achievements in creating tetraploid varieties and hybrids. positive selection method in tetraploid populations of maize was created high-yielding maize variety tetraploid "Baksan sugar" is included in the State Register of selection achievements of the Russian Federation from 2012. | Проведен краткий обзор по основным селекционным достижениям в области поли плоидии растений. Приведены примеры распространения полиплоидов в дикой природе и их частоты в различных зонах земного шара. Отмечены морфобиологические особенности полиплоидных растений и возникающие при полиплоидизации селекционные проблемы. Описаны различные методы и приемы, используемые селекционерами, для получения полиплоидных форм растений, а так же улучшения культурных растений методами полиплоидии. Авторами приведены данные об изменении реакции на биотические и абиотические воздействия факторов среды при переходе растений на полиплоидный уровень, содержания белка и других химических компонентов полиплоидных растений и зерна. Сделан акцент на основные и перспективные направления селекции тетраплоидных культур растений, отме чены сложности при проведении исследовательских работ. Отдельно затронуты вопросы плодовито сти тетраплоидных зерновых культур. Рассмотрены возможные причины их снижения, которые в ос новном регулируются комплексом генов регулирующих процессы мейоза. Предложены оптимальные пути их селекционной проработки с целью повышения их плодовитости, которые сводятся к концен трации генов благоприятствующих бивалентному расхождению хромосом в мейозе в селектируемом материале с последующим размножением и очередным циклом отбора. Сделан акцент на значимость генетического полиморфизма тетраплоидных генотипов для сохранения высоких значений их плодо витости. Даны описания селекционных достижений при создании тетраплоидных сортов и гибридов. Методом позитивного отбора в тетраплоидной популяции кукурузы был создан высокоурожайный сорт тетраплоидной кукурузы «Баксанская сахарная» включенный в Госреестр селекционных дости жений РФ с 2012г..

Show more [+]

Less [-]

Sergey Gorin Publishing - Russian Federation