Genomic affinities revealed by GISH suggests intergenomic restructuring between parental genomes of the paleopolyploid genusZea

The present work compares the molecular affinities, revealed by GISH, with the analysis of meiotic pairing in intra- and interspecific hybrids between species of Zea obtained in previous works. The joint analysis of these data provided evidence about the evolutionary relationships among the species from the paleopolyploid genus Zea (maize and teosintes). GISH and meiotic pairing of intraspecific hybrids revealed high genomic affinity between maize (Zea mays subsp. mays) and both Zea mays subsp. parviglumis and Zea mays subsp. mexicana. On the other hand, when Zea mays subsp. huehuetenanguensis DNA was probed on maize chromosomes, a lower affinity was detected, and the pattern of hybridization suggested intergenomical restructuring between the parental genomes of maize. When DNA from Zea luxurians was used as probe, homogeneous hybridization signals were observed through all maize chromosomes. Lower genomic affinity was observed when DNA from Zea diploperennis was probed on maize chromosomes, especially at knob regions. Maize chromosomes hybridized with Zea perennis DNA showed hybridization signals on four chromosome pairs: two chromosome pairs presented hybridization signal in only one chromosomal arm, whereas four chromosome pairs did not show any hybridization. These results are in agreement with previous GISH studies, which have identified the genomic source of the chromosomes involved in the meiotic configurations of Z. perennis × maize hybrids. These findings allow postulating that maize has a parental genome not shared with Z. perennis, and the existence of intergenomic restructuring between the parental genomes of maize. Moreover, the absence of hybridization signals in all maize knobs indicate that these heterochromatic regions were lost during the Z. perennis genome evolution.

Relaciones entre poblaciones de teocintle (Zea spp.) de México, Guatemala y Nicaragua

Se caracterizaron detalladamente poblaciones representativas de todas las razas, especies y subespecies conocidas de teocintle a fin de entender mejor sus relaciones y contribuir a resolver la taxonomía del género Zea. Se sembraron 95 accesiones en condiciones de invernadero en el Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias (CUCBA) en el verano del 2011. Con base en las plantas obtenidas de esta manera, así como de su procedencia, se evaluaron 18 caracteres morfológicos y fisiológicos y 21 variables climatológicas con análisis de agrupamiento y de componentes principales (ACP). El uso combinado de los datos obtenidos y los análisis multivariados permitieron describir la gran complejidad de las relaciones entre poblaciones de diferentes especies de teocintle y de diversas zonas geográficas de México y América Central. Además de avanzar en aspectos taxonómicos, fue posible identificar con claridad las variables de mayor importancia, con base en la longitud de los vectores característicos derivados del análisis de componentes principales. La raza Balsas mostró la mayor diversidad morfológica y de adaptación. Dentro de la subespecie mexicana, hay una clara separación de las razas Chalco, Nobogame y Durango. Con base en los resultados, los límites de especies, subespecies y razas de teocintle encontrados son los siguientes: Zea nicaraguensis debe considerarse una subespecie de Zea luxurians, mientras que Zea luxurians de Oaxaca y Zea diploperennis de Huajicori, Nayarit son taxa diferentes del resto. Asimismo, Durango se considera una raza independiente de Mesa Central, mientras que la subespecieparviglumis corresponde a al menos dos razas, poblaciones adaptadas a altitudes inferiores a 1000 m y aquellas distribuidas entre 1000 y 1800 m s.n.m.

RELEVANCIA DEL NÚMERO Y COMPOSICIÓN DE SECUENCIAS DE LOS NUDOS CROMOSÓMICOS EN LA CARACTERIZACIÓN DE MAÍZ Y TEOCINTLE

Los knobs o nudos cromosómicos son bloques heterocromáticos que se pueden encontrar en 34 posiciones cromosómicas diferentes en maíz (Zea mays ssp. mays) y teocintle (Zea mays ssp. parviglumis, Zea mays ssp. mexicana, Zea mays ssp. huehuetenanguensis, Zea luxurians, Zea nicaragüensis y Zea diploperennis). Estos son variables en número, tamaño y posición entre accesiones de maíz y pueden detectarse, mediante bandeos cromosómicos C y DAPI (4', 6'-diamino-2-fenilindol), tanto en metafases como en núcleos interfásicos. A nivel molecular están constituidos por dos familias de secuencias (180-pb y TR-1) representadas por miles a millones de copias, en distintas proporciones unas de otras, y constituyen diferentes tipos de knobs. En este trabajo se analizaron las variaciones en la cantidad de regiones knob y en la composición de sus secuencias en distintas accesiones de maíz y teocintle, para su caracterización citogenética. Para ello se emplearon técnicas de citogenética clásica (tinción con DAPI) y molecular (Hibridación In Situ Fluorescente-FISH). El fluorocromo DAPI reveló variación en el número de regiones DAPI+ (knobs) sobre los cromosomas y los núcleos interfásicos. El FISH mostró que las señales de hibridación se localizaron en las regiones DAPI+ y reveló la constitución de secuencias de cada knob, para así demostrar que no sólo existe variación en el número de knobs entre las accesiones analizadas sino también en el tipo de secuencias que los componen. Con los patrones de hibridación obtenidos fue posible diferenciar entre las accesiones de maíz y de teocintle estudiadas, aportar datos para su caracterización citogenética, y contribuir al conocimiento de la variabilidad genética del género Zea.

Karyotype of Zea luxurians and Z. mays subsp. mays using FISH/DAPI, and analysis of meiotic behavior of hybridsIn memoriam of Dr. Carlos A. Naranjo.

The karyotypes of Zea luxurians and a race of maize from northwestern Argentina are described and compared using 4′,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) banding and fluorescent in situ hybridization (FISH) to localize the 180 bp knobs. The meiotic behavior of the F1 artificial hybrids Z. luxurians × maize is also analyzed to determine the genomic relationships between both species. Neocentromere activity at knobs in the meiosis of the hybrids is particularly discussed. The meiotic behavior and the high pollen sterility of the hybrid revealed genetical and (or) chromosomal divergences, leading to postzygotic reproductive isolation among their parents. Here, we propose that maize shows lower genomic affinity to Z. luxurians than to other species of the genus with 2n = 20.