Comparative cytology and cytogenomics for representative species of the five duckweed genera

Abstract

Für die elf getesteten Arten wurde i) ein 14-facher Genomgrößenunterschied (von 160 bis 2203 Mbp, ii) eine positive Korrelation zwischen Genomgröße einerseits und Kern- und Zellvolumen andererseits, jedoch iii) keine Korrelation zwischen Genomgröße und artspezifischer Chromosomenzahl, bzw. Zahl der 5S/45S rDNA loci festgestellt. Fünf erhebliche Abweichungen zwischen der cytogenetischen Karte für den Klon 7498 und der optischen Bionano-Karte für Klon 9509 wurden auf fehlerhafte bzw. unvollständige Assemblierung in beiden Karten zurückgeführt und korrigiert. Fluoreszenz-in situ-Hybridisierung mit 106 BACs ergab keine Hinweise auf Genom-strukturunterschiede zwischen sieben getesteten klonalen Akzessionen von S. polyrhiza. Chromosomenhomöologie und Strukturumbauten zwischen den beiden Arten der Gattung, S. polyrhiza (2n = 40) und S. intermedia (2n = 36) ergaben komplexe Umbauten, die 10 Chromosomenpaare von S. polyrhiza und 8 von S. intermedia, betrafen. Alternative Szenarien für die Karyotypevolution innerhalb der Gattung wurden vorgestellt.

For the eleven tested duckweed species: (1) a ~14 fold genome variation (from 160 to 2203 Mbp) was measured; (2) a positive correlation between genome size and cell and nuclear volume was found; (3) Species-specific chromosome as well as 5S/45S rDNA loci numbers were not correlated with genome size. Five major discrepancies between the S. polyrhiza cytogenetic map (clone 7498) and BioNano map (clone 9509) due to mis-assemblies or incompleteness in former studies were resolved. No clone-specific chromosome rearrangement was detected between seven tested S. polyrhiza clones after FISH with 106 BACs. Chromosome homeology and rearrangements between S. intermedia (2n = 36) and S. polyrhiza (2n = 40) were studied and revealed complex rearrangements involving 10 chromosome pairs of S. polyrhiza and 8 of S. intermedia. Alternative scenarios of karyotype evolution within the genus Spirodela are supposed.