Significance of introgression hybridization for extension of genetic variability in recipient genome
Loading...
Date
2022
Authors
Antonyuk, Maksym
Shpylchyn, Vitalii
Martynenko, Viktoriia
Ternovska, Tamara
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Alien chromatin (introgressions) can be incorporated into the wheat genome either through recombination
or through translocation. Lines of introgressive origin may not contain identified alien chromatin, although
they appear to be changed relative to the original wheat sample by some characteristics that are registered
at different levels of phenotype assessment. It has been shown numerous facts of the variability of the
recipient genome of hybrid origin. They can be caused by irregular behavior of chromosomes in mitoses of
somatic cells with hybrid genome, and DNA changes. Wide phenotypic variability was observed among the
progeny of hybrid genomes up to appearance of phenotypic novelties. The study of DNA profiles using
several methods revealed the presence of numerous genetic and epigenetic changes, including deletions,
changes in gene expression, changes in the methylation pattern, and activation of retrotransposons in the
recipient genome. When these changes were not directly related to alien fragments, they are considered as
possible mechanisms of extension of genetic variability intra genome of hybrid origin. Transcriptomic
analysis of lines of hybrid origin and parental plants using the RNA-seq analyses showed that the change of expression affected a different number of genes. The change in the expression of alien genes occurred in the direction of down-regulation, upregulation was typical for wheat genes. Phenotypic variability during
introgressive hybridization can be accompanied by attenuation of the expression of an alien gene when it
enters the recipient genome. That may be a consequence of the interaction between the alien gene and the
genetic environment of the host genome. Today there is a lot of evidence that these mechanisms are
epigenetic, which include DNA methylation, histone modification, the involvement of small RNAs in the
regulation of gene expression, and the involvement of transposons. Moreover, none of these mechanisms act independently, but are a component of events, the results of which can be a change in gene expression and the appearance of a new phenotype that is not related to the expression of an alien gene.
У статті розглянуто питання, пов’язані з розширенням генотипної та фенотипної мінливості в нащадків рослин з геномом гібридного походження. Інтрогресивними завжди вважались лінії, геном яких містить чужинний хроматин унаслідок рекомбінаційних чи транслокаційних подій після віддаленого схрещування. Не завжди в таких лініях можна детектувати чужинний хроматин, хоча лінії в поколіннях демонструють ознаки, що відрізняють їх від нативних рослин з реципієнтним геномом. Така фенотипна мінливість може бути спричинена як порушеннями в поведінці хромосом у гібридному геномі, так і змінами у ДНК. Широта фенотипної мінливості може виявлятися в появі ознак, які є новітніми щодо фенотипних характеристик компонентів ініціального схрещування. Вивчення ДНК-профілів свідчить про наявність у геномах гібридного походження як генетичних, так і епігенетичних змін, включно з делецією/інсерцією, змінами в експресії генів, картинах ДНК-метилування, активацією ретротранспозонів у реципієнтному геномі. Транскрипційний аналіз показав, що зміна експресії стосується різної кількості генів. Водночас експресії чужинних генів зазвичай властиво зниження активності, тоді як пшеничних – здебільшого підвищення транскрипційної активності. У разі інтрогресивної гібридизації характерним є затухання експресії чужинного гена в поколіннях. Це може бути наслідком взаємодії між чужинним геном і генетичним оточенням хазяйського геному. Накопичено багато доказів того, що зміни в експресії гена, зокрема його затухання, контролюються на епігенетичному рівні. Інтрогресивну гібридизацію з часу її виникнення розглядали як засіб генетичного поліпшення генетичного пулу рослин, що культивуються. Таке поліпшення вважали результатом перенесення чужинного гена(ів) до реципієнтного геному. На сьогодні стає зрозуміло, що роль інтрогресивної гібридизації, можливо, головна, полягає в тому, що вона є промотором генетичних та/або епігенетичних змін у реципієнтному геномі, продукті інтрогресивної гібридизації. Можливо, саме з цим пов’язане відновлення інтересу до інтрогресивної гібридизації та її впливу на геном рослин, який спостерігається останніми роками.
У статті розглянуто питання, пов’язані з розширенням генотипної та фенотипної мінливості в нащадків рослин з геномом гібридного походження. Інтрогресивними завжди вважались лінії, геном яких містить чужинний хроматин унаслідок рекомбінаційних чи транслокаційних подій після віддаленого схрещування. Не завжди в таких лініях можна детектувати чужинний хроматин, хоча лінії в поколіннях демонструють ознаки, що відрізняють їх від нативних рослин з реципієнтним геномом. Така фенотипна мінливість може бути спричинена як порушеннями в поведінці хромосом у гібридному геномі, так і змінами у ДНК. Широта фенотипної мінливості може виявлятися в появі ознак, які є новітніми щодо фенотипних характеристик компонентів ініціального схрещування. Вивчення ДНК-профілів свідчить про наявність у геномах гібридного походження як генетичних, так і епігенетичних змін, включно з делецією/інсерцією, змінами в експресії генів, картинах ДНК-метилування, активацією ретротранспозонів у реципієнтному геномі. Транскрипційний аналіз показав, що зміна експресії стосується різної кількості генів. Водночас експресії чужинних генів зазвичай властиво зниження активності, тоді як пшеничних – здебільшого підвищення транскрипційної активності. У разі інтрогресивної гібридизації характерним є затухання експресії чужинного гена в поколіннях. Це може бути наслідком взаємодії між чужинним геном і генетичним оточенням хазяйського геному. Накопичено багато доказів того, що зміни в експресії гена, зокрема його затухання, контролюються на епігенетичному рівні. Інтрогресивну гібридизацію з часу її виникнення розглядали як засіб генетичного поліпшення генетичного пулу рослин, що культивуються. Таке поліпшення вважали результатом перенесення чужинного гена(ів) до реципієнтного геному. На сьогодні стає зрозуміло, що роль інтрогресивної гібридизації, можливо, головна, полягає в тому, що вона є промотором генетичних та/або епігенетичних змін у реципієнтному геномі, продукті інтрогресивної гібридизації. Можливо, саме з цим пов’язане відновлення інтересу до інтрогресивної гібридизації та її впливу на геном рослин, який спостерігається останніми роками.
Description
Keywords
wheat, amphidiploids, hybrid genome, introgression, phenotypic novelty, article, пшениця, амфідиплоїди, гібридний геном, інтрогресія, фенотипна новітність
Citation
Significance of introgression hybridization for extension of genetic variability in recipient genome / M. Antonyuk, V. Shpylchyn, V. Martynenko, T. Ternovska // Наукові записки НаУКМА. Біологія і екологія. - 2022. - Т. 5. - С. 3-13. - https://doi.org/10.18523/2617-4529.2022.5.3-13