Publication: Control of meiotic recombination during the diploidization of autopolyploids in Arabidopsis
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Publication Date
2021-05-11
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
Polyploids are organisms whose genomes consist of more than two complete sets of chromosomes. Polyploidization is a prominent process in the diversification of plant species and domestication of crops. Following polyploidy, one of the most important drawbacks is the impact of chromosome doubling on meiosis. Polyploids must develop strategies to control pairing preferences that result in disomic inheritance and proper segregation of genetic material during meiosis. Otherwise, the coexistence of more than two copies of the same (autopolyploids) or similar (allopolyploids) chromosome sets may lead to multivalent formation during the first meiotic division and subsequent fertility problems. The process by which polyploid lineages evolve into a diploid-like state where there is a prevention of multivalent associations favoring the formation of bivalents is known as cytological diploidization. In this context, the difference in genome composition in auto- and allopolyploids has important consequences, being more complex in the former ones. The genetic control of the diploidization process in autopolyploids is poorly known and no major locus involved in this process has been identified so far.
The genus Arabidopsis constitutes a great model system for the analysis of both long- and short-term consequences of polyploidy. Natural autopolyploids are present within this genus but also can be easily obtained by a colchicine treatment. In this thesis, several approaches have been conducted to shed some light on the meiotic process in autopolyploids of Arabidopsis thaliana. The study has been possible after the development of an improved cytological protocol, including fluorescence in situ hybridization, to obtain high quality spreads of metaphase I chromosomes...
Los organismos poliploides albergan más de dos juegos completos de cromosomas. La poliploidización es un proceso que ha tenido un papel fundamental en la diversificación de las especies de plantas, así como en la domesticación de especies de interés agronómico. Uno de los problemas derivados de la poliploidía surge como consecuencia del efecto de la duplicación del número de cromosomas en la meiosis. Los organismos poliploides deben desarrollar estrategias para controlar las preferencias de apareamiento de los cromosomas, para favorecer un modelo de herencia disómica y una correcta segregación del material genético durante la meiosis. Estas estrategias surgen porque la coexistencia de más de dos juegos iguales (en el caso de los autopoliploides) o similares (alopoliploides) de cromosomas puede llevar a la formación de multivalentes durante la primera división meiótica, dando lugar a problemas de fertilidad. El proceso por el cual los organismos poliploides evolucionan hacia un comportamiento meiótico similar al que muestran los organismos diploides es conocido como diploidización citológica. A través de este proceso se favorece la formación de bivalentes, mientras que se evita la formación de multivalentes. En este contexto, las diferencias entre los organismos auto- y alopoliploides en cuanto a la composición del genoma conlleva importantes consecuencias en el proceso de diploidización, el cual resulta más complejo en los primeros. Se sabe muy poco acerca del control genético del proceso de diploidización en autopoliploides y todavía no ha sido identificado ningún locus que tenga una función relevante en este proceso. El género Arabidopsis es muy apropiado para llevar a cabo el análisis de las consecuencias de la poliploidía, tanto a corto como a largo plazo. Es posible encontrar poliploides naturales en este género, pero también se puede duplicar el número cromosómico de manera artificial mediante un tratamiento con colchicina. En esta tesis, se han llevado a cabo experimentos desde diferentes perspectivas para tratar de profundizar en el conocimiento sobre el proceso de la meiosis en autopoliploides de Arabidopsis thaliana. Este estudio ha sido posible gracias a la adaptación y perfeccionamiento del protocolo de citología, incluyendo la hibridación in situ con fluorescencia, lo que nos ha permitido obtener preparaciones de cromosomas en metafase I de alta calidad...
Los organismos poliploides albergan más de dos juegos completos de cromosomas. La poliploidización es un proceso que ha tenido un papel fundamental en la diversificación de las especies de plantas, así como en la domesticación de especies de interés agronómico. Uno de los problemas derivados de la poliploidía surge como consecuencia del efecto de la duplicación del número de cromosomas en la meiosis. Los organismos poliploides deben desarrollar estrategias para controlar las preferencias de apareamiento de los cromosomas, para favorecer un modelo de herencia disómica y una correcta segregación del material genético durante la meiosis. Estas estrategias surgen porque la coexistencia de más de dos juegos iguales (en el caso de los autopoliploides) o similares (alopoliploides) de cromosomas puede llevar a la formación de multivalentes durante la primera división meiótica, dando lugar a problemas de fertilidad. El proceso por el cual los organismos poliploides evolucionan hacia un comportamiento meiótico similar al que muestran los organismos diploides es conocido como diploidización citológica. A través de este proceso se favorece la formación de bivalentes, mientras que se evita la formación de multivalentes. En este contexto, las diferencias entre los organismos auto- y alopoliploides en cuanto a la composición del genoma conlleva importantes consecuencias en el proceso de diploidización, el cual resulta más complejo en los primeros. Se sabe muy poco acerca del control genético del proceso de diploidización en autopoliploides y todavía no ha sido identificado ningún locus que tenga una función relevante en este proceso. El género Arabidopsis es muy apropiado para llevar a cabo el análisis de las consecuencias de la poliploidía, tanto a corto como a largo plazo. Es posible encontrar poliploides naturales en este género, pero también se puede duplicar el número cromosómico de manera artificial mediante un tratamiento con colchicina. En esta tesis, se han llevado a cabo experimentos desde diferentes perspectivas para tratar de profundizar en el conocimiento sobre el proceso de la meiosis en autopoliploides de Arabidopsis thaliana. Este estudio ha sido posible gracias a la adaptación y perfeccionamiento del protocolo de citología, incluyendo la hibridación in situ con fluorescencia, lo que nos ha permitido obtener preparaciones de cromosomas en metafase I de alta calidad...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Biológicas, leída el 20/01/2021. Tesis restringida por expreso deseo del autor.