Genome size and nucleotypic variation in Malus germplasm

摘要

The genus Malus has anywhere between 25 and 33 species along with several subspecies. Malus species as well as clones within the same species have varying ploidy levels, as these are more than likely collected from different trees and (or) from different locations. In recent years, large numbers of Malus germplasm accessions have been collected and maintained at the United States National Germplasm Clonal Repository; however, genome sizes of this material have not yet been determined. In this study, leaf tissues from young grafted trees of 100 Malus species and hybrids growing in a nursery at the University of Illinois were collected and immediately used for extracting nuclei. Leaf tissues from apple and maize line W-22, used as an internal standard, were co-chopped and prepared for flow cytometric analysis. Apple nuclei were stained with propidium iodide, an intercalating dye, and a minimum of 8000 nuclei per sample were analyzed. Mean fluorescence of apple nuclei was then determined. A total of four replications per sample was used. Among 100 Malus accessions analyzed, one tetraploid, three triploid, and 96 diploid genotypes were identified. Significant differences in genome size were identified among the three ploidy types observed and also within diploid genotypes. The 2C mean value for tetraploids was 3.13 pg and ranged from 2.27 to 2.41 pg for triploids, whereas 2C values for diploids ranged between 1.44 and 1.72 pg. In addition, leaf impressions of young, fully expanded leaves were collected from young trees of 10 selected genotypes based on their ploidy and flow cytometric analysis and used to measure the nucleotypic parameter stomatal length. Ten stomata were measured per slide, three slides were analyzed per leaf, and three leaves were analyzed per accession. Overall, mean length of stomata ranged between 19.47 μm (diploid) and 27.6 μm (tetraploid), indicating that stomatal length in a tetraploid Malus genotype was 1.4-fold higher than that of a diploid genotype. A positive correlation between genome size and the nucleotypic parameter stomatal length was observed.Le genre Malus contient entre 25 et 33 espèces, ainsi que plusieurs sous-espèces. Les espèces du genre Malus ainsi que les clones au sein d'une même espèce présentent des niveaux variables de ploïdie puisque ceux-ci sont le plus vraisemblablement échantillonnés à partir de différents arbres ou localités. Dernièrement, de grandes quantités de ressources génétiques pour le genre Malus ont été collectées et maintenues au sein du United States National Germplasm Clonal Repository bien que les tailles des génomes au sein de ce matériel n'aint pas encore été déterminées. Dans ce travail, des tissus foliaires de jeunes greffons appartenant à 100 espèces ou hybrides cultivés dans une pépinière à la University of Illinois ont été prélevés et utilisés immédiatement pour extraire des noyaux. Les tissus foliaires de pommiers et de la lignée W-22 du maïs, cette dernière étant utilisée comme témoin, ont été hachés ensemble et préparés en vue d'une analyse de cytométrie en flux. Les noyaux de pommiers ont été colorés au propidium iodure, un colorant intercalaire, et un minimum de 8 000 noyaux par échantillon ont été analysés. La fluorescence moyenne des noyaux de pommiers a ensuite été déterminée. Un total de quatre réplications par échantillon a été réalisé. Parmi les 100 accessions examinées, un tétraploïde, trois triploïdes et 96 diploïdes ont été identifiés. Des différences significatives en ce qui a trait à la taille du génome ont été observées entre les trois niveaux de ploïdie ainsi qu'au sein des génotypes diploïdes. La valeur 2C moyenne chez le tétraploïde était de 3,13 pg alors que celle-ci variait entre 2,27 et 2,41 pg chez les triploïdes et entre 1,44 et 1,72 pg chez les diploïdes. De plus, des empreintes de jeunes feuilles pleinement développées ont été prélevées sur de jeunes arbres de 10 génotypes, choisis en fonction de leur ploïdie et l'analyse de cytométrie en flux, afin de mesurer un paramètre nucléotypique : la longueur des stomates.