Cytogenetic analyses of the genus Genlisea, which is characterized by striking genome plasticity

Abstract

Die fleischfressenden Angiospermen-Gattung Genlisea ist durch beträchtliche Genomgrößenunterschiede (von der Hälfte der Genomgröße von Arabidopsis thaliana bis zum 27-fachen davon) gekennzeichnet. Mit dem Ziel, zytologische Merkmale zu beschreiben, wurden die nukleäre Verteilung der Methylierungsmarkierungen, die Chromosomenzahlen und die rDNA loci für zwei Arten der Untergattung Genlisea untersucht. Unter Nutzung von Genom-Sequenzierungsdaten für beide Arten mit 18-fachem Genomgrößenunterschied wurden ein Tandem-Repeat für G. nigrocaulis und eine Retroelement–Familie für G. hispidula als Hauptbestandteile der pericentromerischen Regionen identifiziert. Zwei neue Telomersequenz-Varianten wurden gefunden, die die verlorenen kanonischen TTTAGG-Repeats an den Chromosomenenden von G. hispidula ersetzen. Weiterhin wurde die Mehrzahl der Chromosom von drei Genlisea-Arten mittels FISH unter Verwendung chromosomenspezifischer Sonden identifiziert. Die gewonnenen Daten bilden die Grundlage für umfassende Karyotyp-Evolutionsstudien in der Gattung Genlisea.

The carnivorous genus Genlisea is characterized by one of the largest genome size differences recorded for Angiosperm genera ranging from half of that of Arabidopsis thaliana to 27-fold larger. This trait, together with the variation of chromosome numbers, makes the genus Genlisea a unique model for studying genome and karyotype evolution. Aiming to describe cytological features, sub-nuclear distribution of methylation marks, chromosome numbers and chromosomal distribution of rDNA were characterized for species of the subgenus Genlisea. Utilizing whole genome sequencing data, a tandem repeat and a retroelement family were demonstrated to be associated with the pericentromeric regions of G. nigrocaulis and G. hispidula, respectively, with an 18-fold genome size difference. Moreover, two novel telomere variants were found replacing the canonical TTTAGG repeat at the chromosome ends of G. hispidula. Furthermore, the majority of chromosomes of three Genlisea species were identified by FISH using chromosome-specific probes. The obtained data provide a basis for comprehensive karyotype evolution studies in Genlisea.