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杂种、多倍体和无融合生殖与减数分裂行为的关系GydF4y2Ba毛茛属植物auricomusGydF4y2Ba复杂(ranunculaceae)GydF4y2Ba

抽象的GydF4y2Ba

背景GydF4y2Ba

杂交和多倍体化是与植物减数分裂和孢子发生等多种发育变化相关的强大进化因子。无融合生殖(apomixis)的出现,即通过种子进行无性繁殖,被认为与这些因素有关,通常被认为是摆脱杂种不育性的一种途径。然而,无融合生殖的功能触发机制尚不清楚。新近形成的二倍体和多倍体GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba通过显微镜分析它们的兆和微孢子发生模式,分析杂种及其亲治物种。筛查阳性减数分裂时的染色体配置进行异常。性质和发育病放的异常被定性地记录并定量收集统计评估。GydF4y2Ba

结果GydF4y2Ba

异聚倍数显示出比同性恋杂交植物的错误微生物发生频率显着较高。在二倍体中,fGydF4y2Ba2GydF4y2Ba杂交种具有比F的更受扰动的紊乱GydF4y2Ba1GydF4y2Ba杂种植物和亲本植物。染色体畸变包括滞后染色体、染色质桥和纺锤体失定向活动。大孢子发生的失败似乎比小孢子发生的更常见,与无融合生殖的发生有关。GydF4y2Ba

结论GydF4y2Ba

结果表明对女性和雄性孢子发生的选择性压力,仅对杂交对微生物发生的轻微影响,但对甲孢子发生过程的致命作用。因此,花粉发育仍然存在重大改变,而选择将有利于Apomixis作为女性减数途径的替代品。观察到的甲孢菌细胞发生误差的关系GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba杂交种鉴定了扰乱的女性减数,作为Apomixis的潜在埃及,以拯救这些植物免受杂交无菌性的影响。雄性减肥扰动似乎比在同性金素杂交种中更强大,而Megasogis作用的扰动不是倍率依赖性。GydF4y2Ba

背景GydF4y2Ba

在所有真核生物中,减数分裂是有性生殖的核心,它保证了重组,从而保证了进化和物种形成。[GydF4y2Ba1GydF4y2Ba]]。这种类型的细胞分裂设法使一个二倍体生物体的染色体数目减半,以产生四个单倍体配子。减数分裂需要DNA复制的一个步骤,然后是两个染色体分离过程[减数分裂I和II,GydF4y2Ba2GydF4y2Ba]]。整个机制中最重要的、因此受到严格控制的部分是在减数分裂I期间同源染色体之间形成的有利于遗传重组的交叉[GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba].精确的染色体分离是严格要求的,因为不平衡的配子形成可能导致细胞死亡、不育或非整倍性[GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba].GydF4y2Ba

杂交的间隙是植物中的常见现象[GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba,其结果要么是染色体数目加倍的后代(异源多倍体),要么是二倍体杂种[同倍体,[GydF4y2Ba6.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba7.GydF4y2Ba]]。杂交创造了具有不同基因型和不同适应度的多种杂交品种[GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba].天然的混血儿通常有负面的含义,甚至被称为“有希望的怪物”,因为他们的适应能力降低[GydF4y2Ba8.GydF4y2Ba].这意味着这些植物通常是可疑或无菌的,同时由于隔离而缺乏交配的合作伙伴。通过不同的倍性水平[GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba8.GydF4y2Ba].杂交对植物育性的影响最强的通常是FGydF4y2Ba1GydF4y2Ba混合动力汽车(GydF4y2Ba8.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba9.GydF4y2Ba].在减数分裂时,分化染色体的结合可能导致同源配对的缺失和分离,这取决于亲本物种之间的差异。强烈的差异被认为会对孢子发生、配子体发育和配子形成产生有害的后果[GydF4y2Ba7.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba10GydF4y2Ba那GydF4y2Ba11GydF4y2Ba].GydF4y2Ba

然而,植物杂交种的生育能力是高度可变的,最终后代可以建立新的进化谱系[GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba].历史上,假设同性化杂交品种很少存在现象[例如[GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba12GydF4y2Ba]]因为缺少具体的识别证据[GydF4y2Ba7.GydF4y2Ba].进化生物学家在进化生物学家之间的重要性增长,而只有少数同性恋杂交植物是已知的[GydF4y2Ba13GydF4y2Ba].最好的记录和描述的自然同倍杂种属于该类群GydF4y2Ba向日葵GydF4y2Ba那GydF4y2Ba千里光GydF4y2Ba那GydF4y2BaDoronicumGydF4y2Ba和GydF4y2Ba鸢尾花GydF4y2Ba[例如。[GydF4y2Ba14GydF4y2Ba那GydF4y2Ba15GydF4y2Ba那GydF4y2Ba16GydF4y2Ba那GydF4y2Ba17GydF4y2Ba]]。同倍体杂交种具有各亲本染色体的一半,这极大地限制了杂交种的生殖隔离。同倍体杂交种的形成是不可能的,因为基因流没有被有效地抑制,就像在异源多倍体中一样[GydF4y2Ba8.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba12GydF4y2Ba但是通过空间隔离,核型和/或生态分歧可以实现再生分离[GydF4y2Ba7.GydF4y2Ba].GydF4y2Ba

多倍体植物必须组织和维护具有两种以上完整染色体套装的功能。因此,雷尼多赖波醇被认为是遗传和表型不稳定,并且容易发出减少误差[GydF4y2Ba10GydF4y2Ba].这种错误越来越少,因为多倍细染色体组通过对配子形成作用的细胞学子系统稳定[GydF4y2Ba18GydF4y2Ba].在代级化遗传和染色体构造期间,大幅重组。消除冗余染色体,并且可以为基因重复进行处理,或者可以分配新功能[Neofunctionalization,[GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba10GydF4y2Ba]]。Autopolyploids是废弃物分裂的结果,获得未更新的配子,这些配子在具有增加的倍率水平增加的植物中,通常通过三倍体桥梁[GydF4y2Ba19GydF4y2Ba].相反,异源多倍体不仅是由未减少的配子形成,而且是由两个物种的杂交事件。同源多倍体的减数分裂受到干扰,因为这样的植物每个染色体都有两个以上的副本,这有利于同源多价体的出现,而异源多倍体通常能够在前期i发育规则的二价体。年轻的异源多倍体植物也普遍表现出减数分裂错误,但与同源多倍体相比较少[GydF4y2Ba11GydF4y2Ba].事实上,异源多倍体识别一个或多个同源配对伙伴的频率和可能性基本上取决于亲代基因组的序列差异。在年轻的二倍体杂种中,由于同源伴侣的强制配对,染色体排列和突触的困难仍然经常发生。总的来说,具有杂种起源的多倍体植物在减数分裂期间倾向于表现为二倍体,因为来自同一亲本的同源物可以形成二价体[GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba10GydF4y2Ba].这样就避免了同源对数配对的问题。GydF4y2Ba

无融合生殖是一种无性种子形成,它在不同的发育途径中阻碍减数分裂[GydF4y2Ba20.GydF4y2Ba].无融合生殖的一种常见形式是由体细胞珠心细胞(apospory)发育出有丝分裂胚囊(ES),从而产生无性系的母性卵细胞[GydF4y2Ba21GydF4y2Ba].这种特殊的繁殖方式能够避免异源多倍体对减数分裂的负面影响,在自然群体中常被认为是摆脱杂交种引起的不育[GydF4y2Ba10GydF4y2Ba那GydF4y2Ba20.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba22GydF4y2Ba那GydF4y2Ba23GydF4y2Ba].实际上,大多数APOMICTS是多倍体和/或杂种,但如何在天然植物中触发APOMIXIS仍在辩论中[GydF4y2Ba23GydF4y2Ba].GydF4y2Ba

然而,在减数病错误的背景下,APOMictic繁殖似乎代表了一种强大的工具,这些工具在染色体错误的错误后果中储蓄植物和 - 在杂交和(allo-)多倍体上进行了反应。在植物中,Apomixis仅影响女性发展,其中减少难以直接观察。然而,在雄性方面,在APOMicicic植物中没有进化的特异性发育途径,花粉大多是深度降低的。减数分裂研究,特别是那些包括细胞学调查的研究,在传统上仅仅因为更容易观察而在传统上对花粉母细胞(PMC)进行了影响[例如[GydF4y2Ba2GydF4y2Ba那GydF4y2Ba24GydF4y2Ba那GydF4y2Ba25GydF4y2Ba]]。由于这些技术原因,关于减数分裂行为和无融合生殖表达之间可能存在相关性的实证研究很少[GydF4y2Ba26GydF4y2Ba那GydF4y2Ba27GydF4y2Ba].当雄性减数分裂表型发生在同一株雌雄同体植物中时,是否可以将其视为雌性减数分裂和发育的预测因子尚不清楚。GydF4y2Ba

这GydF4y2Ba毛茛属植物auricomusGydF4y2Ba复杂包括约800个描述的物种[GydF4y2Ba28GydF4y2Ba].这些物种绝大多数是无融合生殖的多倍体,而少数物种是二倍体(2GydF4y2BaNGydF4y2Ba= 16)和四倍体(2GydF4y2BaNGydF4y2Ba=性欲者[GydF4y2Ba29GydF4y2Ba那GydF4y2Ba30.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba31GydF4y2Ba那GydF4y2Ba32GydF4y2Ba那GydF4y2Ba33GydF4y2Ba].性物种,GydF4y2BaR. notabilis.GydF4y2Ba那GydF4y2Bar . carpaticolaGydF4y2Ba和GydF4y2Bar . cassubicifoliusGydF4y2Ba有义务outcrossers [GydF4y2Ba32GydF4y2Ba那GydF4y2Ba34GydF4y2Ba]并且可以被视为整个多倍体复合物的祖细胞[GydF4y2Ba28GydF4y2Ba那GydF4y2Ba35GydF4y2Ba那GydF4y2Ba36GydF4y2Ba].GydF4y2BaR. notabilis.GydF4y2Ba和亲缘关系更近的物种配对GydF4y2BaR. Cassubicifolius / CarpaticolaGydF4y2Ba代表了两种在基因和形态上截然不同的血统,它们在60万年前分离开来[GydF4y2Ba29GydF4y2Ba那GydF4y2Ba35GydF4y2Ba那GydF4y2Ba37GydF4y2Ba那GydF4y2Ba38GydF4y2Ba那GydF4y2Ba39GydF4y2Ba];所有三个类群都在地理上孤立存在[在地图中]GydF4y2Ba39GydF4y2Ba]]。功能无融合生殖GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba要求泮孢菌病和单向卵细胞生成有效偶联[GydF4y2Ba21GydF4y2Ba].这两个走向无融合生殖的关键步骤的不成功结合可能导致后代倍性的增加[GydF4y2Ba21GydF4y2Ba那GydF4y2Ba40GydF4y2Ba].GydF4y2Ba

事实上,细胞学分析在GydF4y2BaR. auricomus.GydF4y2Ba复合物已在雌性或雄性孢子发生以及随后的过程中进行,重点是配子发生和随后的过程,如花粉质量测定[GydF4y2Ba21GydF4y2Ba那GydF4y2Ba29GydF4y2Ba那GydF4y2Ba41.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba42.GydF4y2Ba].减少F的女性生育率GydF4y2Ba1GydF4y2Ba杂种之间GydF4y2BaR. notabilis.GydF4y2Ba和GydF4y2BaR. Cassubicifolius / CarpaticolaGydF4y2Ba已经在实验交叉中观察到[GydF4y2Ba34GydF4y2Ba]并且在f中观察到象牙GydF4y2Ba1GydF4y2Ba和FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba混合动力汽车(GydF4y2Ba32GydF4y2Ba那GydF4y2Ba40GydF4y2Ba那GydF4y2Ba43.GydF4y2Ba].目前的研究提供了染色体行为的分析GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba花粉母细胞(PMC)在孢子发生和超越期间。我们希望在这里比较Meiosis的紊乱与正常的减数分子继承,而无需重点关注分数的特定阶段。这允许在二维和多倍体自然性和空调物种以及两个合成,二倍体和多倍体混合世代的发育的比较评价,其代表性行为和审计繁殖之间的中间阶段。此外,这些结果与二维和多倍体F中的MegagameTogis的紊乱相比,这些结果是定性和定量的。GydF4y2Ba2GydF4y2Ba有不同频率的孢子和无性种子形成的杂交植物[GydF4y2Ba40GydF4y2Ba].在梅戈孢菌发生结束时,牙孔初始术语一般出现,但在早期的减数分裂阶段也没有观察到没有减少症的胚珠[GydF4y2Ba26GydF4y2Ba那GydF4y2Ba32GydF4y2Ba那GydF4y2Ba40GydF4y2Ba那GydF4y2Ba43.GydF4y2Ba].因此,我们想测试一个假设,即减数分裂的干扰可能影响牙孔初始细胞的外观。我们期望增加了微生物发生的异常,不仅在合成,二倍体和多倍体内GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba杂交种,但也在年轻的自然多倍体与杂种背景。结果表明,二倍体和多倍体植物的减数分裂行为不同,雌孢子发生和雄孢子发生的选择限制也不同。我们在此进行了表型研究,为今后的分子调控机制研究提供了方向。GydF4y2Ba

结果GydF4y2Ba

雄性大小症,微孢子发生和花粉形成GydF4y2Ba

以确定杂种性状或倍性水平GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba植物在减数分裂划分期间对雄性配子有影响,分析了超过10,000pmc的异常(表GydF4y2Ba1GydF4y2Ba;补充数据表GydF4y2BaS1GydF4y2Ba).雄配子减数分裂异常的总体发生频率为5.42%,其余94.58%的减数分裂结果为4个大小相同的正常小孢子(见表)GydF4y2Ba1GydF4y2Ba, 图。GydF4y2Ba1GydF4y2Bad)。虽然,三种不同植物几代人(父母)之间异常的减数分裂细胞分裂的比较GydF4y2Ba1GydF4y2Ba和FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba在多倍体样品中,小孢子发生错误的频率显著较高(平均8.59%±9.84 STD,中位数3.73%,GydF4y2BaP.GydF4y2Ba = 0.012) compared to diploid ones (mean 2.09% ± 3.05 STD, median 1.43%; Table1GydF4y2Ba, 图。GydF4y2Ba2GydF4y2Ba一种)。此外,分析了所有杂交植物中的错误的男性配子形成,包括年轻,天然的杂交,在所有多倍素样品中孢子发生过程中的故障显着显着(平均13.28%±16.42 std,中位数4.18%,GydF4y2BaP.GydF4y2Ba= 0.003),而同倍体则相反GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba个体(平均2.11%±3.19,中位数1.45%;表格GydF4y2Ba1GydF4y2Ba;无花果。GydF4y2Ba2GydF4y2Bab)。GydF4y2Ba

表1二倍体和多倍体雄性发育分析GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba在孢子形成配子。用orcein染色和亮视野显微镜测定正常和异常孢子发生的平均百分比GydF4y2Ba
图。1GydF4y2Ba
图1GydF4y2Ba

雄性配子的发育GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba植物。GydF4y2Ba一种GydF4y2Ba.-GydF4y2BaE.GydF4y2Ba。)PMC的常规减数分裂,GydF4y2Ba一种GydF4y2Ba。)PMC在中期I,GydF4y2BaB.GydF4y2Ba)。PMC在细胞板形成的末期I,GydF4y2BaCGydF4y2Ba。)PMC在后期II的末尾,GydF4y2BaD.GydF4y2Ba)。小孢子减数分裂发育的四分体,GydF4y2BaE.GydF4y2Ba。)均匀的花粉颗粒,GydF4y2BaFGydF4y2Ba.-GydF4y2BaP.GydF4y2Ba)。各种细胞学失败GydF4y2Ba茛GydF4y2BaPMC,GydF4y2BaFGydF4y2Ba)。中期II的PMC显示一个粘性的板外染色体(箭头),GydF4y2BaGGydF4y2Ba.+GydF4y2BaHGydF4y2Ba)。后期I染色体滞后的pmc(箭头),GydF4y2Ba一世GydF4y2Ba.+GydF4y2BajGydF4y2Ba).纺锤体活性不规则(箭头)的pmc,导致在后期II染色体分离异常,GydF4y2BaK.GydF4y2Ba。)PMC在含有几种滞后染色体的外阴三种染色体,GydF4y2BaL.GydF4y2Ba)。二的,GydF4y2BamGydF4y2Ba)。一个三元组,GydF4y2BaNGydF4y2Ba。)四具有三个正常尺寸的幼儿孢子和一个微型微孔,GydF4y2BaO.GydF4y2Ba)。五个大小一致的小孢子Polyad,GydF4y2BaP.GydF4y2Ba.+GydF4y2Ba问:GydF4y2Ba。)在不同层次的同一脚梁的形象。多亚多亚,不同尺寸的七孢子,GydF4y2BaR.GydF4y2Ba。)不完全分离的幼儿孢子。箭头指向三种含细胞核微孢子之间的连接,GydF4y2BaS.GydF4y2Ba)。二的花粉粒,GydF4y2BaT.GydF4y2Ba)。Heterogeneously-sized micropollen谷物。基因型:GydF4y2Ba一种GydF4y2Ba。)F3 * J6(22);GydF4y2BaB.GydF4y2Ba)。J9A;GydF4y2BaC。GydF4y2Ba那GydF4y2BaD.GydF4y2Ba.那GydF4y2BaGGydF4y2Ba.那GydF4y2BajGydF4y2Ba。)10136(15);GydF4y2BaE.GydF4y2Ba) 10137 (08);GydF4y2BaFGydF4y2Ba。)J6 * F7(14);GydF4y2BaHGydF4y2Ba.那GydF4y2Ba一世GydF4y2Ba.那GydF4y2BaK.GydF4y2Ba)。G5A;GydF4y2BaL.GydF4y2Ba.那GydF4y2BamGydF4y2Ba.那GydF4y2BaR.GydF4y2Ba.那GydF4y2BaS.GydF4y2Ba。) F10*F7.(04);NGydF4y2Ba.那GydF4y2BaT.GydF4y2Ba。)10136(08);GydF4y2BaO.GydF4y2Ba。)10136(02);GydF4y2BaP.GydF4y2Ba.那GydF4y2Ba问:GydF4y2Ba)。G16A。比例尺= 50 μmGydF4y2Ba

图2GydF4y2Ba
figure2GydF4y2Ba

天然和杂种中不规则雄性孢子发生的分析GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba植物。GydF4y2Ba一种GydF4y2Ba。)对所有三代错误雄性减数率百分比的Boxplot分析。二倍体和多倍体PMC的比较显示多倍体衍生样品中异常孢子发生频率显着增加(GydF4y2BaP.GydF4y2Ba= 0.012, Mann-Whitney-U检验)。GydF4y2BaB.GydF4y2Ba)。所有二倍体和多倍体杂交植株的小孢子发生都异常,其中异源多倍体在发育过程中比同倍体个体表现出更多的不规则性(GydF4y2BaP.GydF4y2Ba = 0.003, Mann-Whitney-U test).CGydF4y2Ba。) FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba杂交植物根据性别和倍增性显示出不同百分点的不规则孢子发生。孢子发生中雄性和女性失效的统计比较,而不管倍增性都显示出雌组织误差频率显着较高(GydF4y2BaP.GydF4y2Ba < 0.001, Mann-Whitney-U test). Outliers are marked as filled circles, the box represents the interquartile range and in the boxplots the median is displayed

雄性减数分裂细胞在减数分裂的不同阶段均出现异常GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba独立于倍性水平的杂种世代。异常包括在中期II的滞后染色体和染色质桥(图。GydF4y2Ba1GydF4y2BaF)。在外阴脱落时,检测到滞后和粘性染色体和迷人的主轴活动(图。GydF4y2Ba1GydF4y2Bag h i,图。GydF4y2Ba3.GydF4y2BaE-H)。迷失方的主轴活性以及散射染色体在后化酶II期间发生(图。GydF4y2Ba1GydF4y2Baj)。此外,微核形成于末期II(图。GydF4y2Ba1GydF4y2Bak,无花果。GydF4y2Ba3.GydF4y2BaJ - L)。在雄性孢子发生期间所述故障的结果导致形成Dyads,三合会和多族的形成,而不是微孔四(图)GydF4y2Ba1GydF4y2Bal - q)。反过来,不完全分离和大小不等的小孢子导致GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba不同大小的花粉粒,微核来源的花粉粒比正常花粉小得多(图2)。GydF4y2Ba1GydF4y2Bar - t)。GydF4y2Ba

图3.GydF4y2Ba
图3GydF4y2Ba

微孢子发生过程中的异常染色体配置的DAPI染色GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba植物。GydF4y2Ba一种GydF4y2Ba.-GydF4y2BaD.GydF4y2Ba。)PMC的常规减数分裂,GydF4y2Ba一种GydF4y2Ba)。PMC偶线期,GydF4y2BaB.GydF4y2Ba。)PMC在Auphase I,GydF4y2BaCGydF4y2Ba。)PMC在后期II的末尾,GydF4y2BaD.GydF4y2Ba。)PMC在Telophase II,GydF4y2BaE.GydF4y2Ba.-GydF4y2BaL.GydF4y2Ba。)各种发展失败GydF4y2Ba茛GydF4y2BaPMC,GydF4y2BaE.GydF4y2Ba.-GydF4y2BaHGydF4y2Ba)。pmc后期I的粘性染色体(箭头),GydF4y2Ba一世GydF4y2Ba.-GydF4y2BaL.GydF4y2Ba)。pmc由于聚集的染色体表现出粘性,GydF4y2Ba一世GydF4y2Ba)。在后期I有滞后的PMC(箭头),GydF4y2BajGydF4y2Ba.+GydF4y2BaK.GydF4y2Ba。)用滞后染色体(箭头)的后期的PMCs,GydF4y2BaL.GydF4y2Ba。)在AIAphase II(箭头)下不稳定地分离的二价。基因型:GydF4y2Ba一种GydF4y2Ba.+GydF4y2BaB.GydF4y2Ba.那GydF4y2BaE.GydF4y2Ba。)F3 * J6(18);GydF4y2BaCGydF4y2Ba。)J6 * F7(05);GydF4y2BaFGydF4y2Ba.-GydF4y2BaHGydF4y2Ba。) F3.*J6 (09);D.GydF4y2Ba.那GydF4y2Ba一世GydF4y2Ba.那GydF4y2BaL.GydF4y2Ba。) F3.*J6 (30);jGydF4y2Ba.那GydF4y2BaK.GydF4y2Ba。) F3.*J6 (03). Scale bar = 10 μm

雌性孢子化和血清的出现GydF4y2Ba

三个多倍体的大孢子发生GydF4y2Ba茛GydF4y2BaFGydF4y2Ba2GydF4y2Ba来自两个不同杂交组合(G1 * G9, G16A * I2A)的杂交个体分析了异常的无孢子发育迹象(补充数据图)。GydF4y2BaS1GydF4y2Ba;表格GydF4y2BaS1GydF4y2Ba).结果表明,由于多倍体人工合成的FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba混合动力车和寻找兴趣发展体育场的困难。在48.92%的胚珠中检测到正常的巨孔发生(表GydF4y2Ba2GydF4y2Ba;补充数据表GydF4y2BaS1GydF4y2Ba).常规的减数分裂划分是通过在种系末端的功能兆孔(FM)的存在,最接近大海柱的功能,而另外三个减数分裂产品已经中产了。额外的是,在分析的F的12.37%中鉴定了ApoShoryGydF4y2Ba2GydF4y2Ba胚珠(表GydF4y2Ba2GydF4y2Ba).这种类型的减少旁路的特征是靠近FM的末端初始细胞(AIC)的发生,其已知从该点占据ES形成并导致FM的流产。剩下的38.71%的分析胚珠被发现死亡(表GydF4y2Ba2GydF4y2Ba).此外,还比较了二倍体和多倍体FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba杂交样本进行减数分裂细胞分裂失败的检测,结果两组间无显著差异(GydF4y2BaP.GydF4y2Ba= 0.241, Mann-Whitney-U检验)。GydF4y2Ba

表2二倍体和多倍体的雌性发育分析GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba植物。用DIC显微镜观察正常减数分裂、异常减数分裂和胚珠完全败育的平均百分比GydF4y2Ba

人工合成中雄性和雌性孢子发生的比较GydF4y2Ba茛GydF4y2BaFGydF4y2Ba2GydF4y2Ba混合动力车GydF4y2Ba

在f中观察到违规行为GydF4y2Ba2GydF4y2Ba雌性和雄性的杂交种在不同比例下的孢子发生(图。GydF4y2Ba2GydF4y2Bac,表GydF4y2Ba1GydF4y2Ba那GydF4y2Ba2GydF4y2Ba;补充数据表GydF4y2BaS1GydF4y2Ba).因此,分析了异常雄性和雌性孢子发生的频率的差异,揭示了女性上的显着更强的缺陷,而不是在雄侧上的缺陷(图。GydF4y2Ba2GydF4y2BaC)。GydF4y2Ba

孢子发生的广义线性混合效果分析GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba

为了揭示孢子发生中有害错误的发生与研究植物的某些特性之间的潜在联系,我们进行了GLMM和卡方分析(见表2)GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba;补充数据表GydF4y2BaS1GydF4y2Ba那GydF4y2BaS2GydF4y2Ba).多倍体GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba植物显示出比二倍体样品的错误微生物发生频率明显较高(GydF4y2BaP.GydF4y2Ba< 0.001),杂交也呈类似的负相关。根据这个,杂种植物的FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba一代比非杂交父母的植物显着发展更异常的雄性配子(GydF4y2BaP.GydF4y2Ba< 0.05)GydF4y2Ba1GydF4y2Ba代(GydF4y2BaP.GydF4y2Ba< 0.01)。此外,累积效应GydF4y2Ba倍性水平GydF4y2Ba和GydF4y2Ba一代GydF4y2Ba由GLMM探索,表明二倍体中微孢子发生的弱而非显着增加的失效GydF4y2Ba茛GydF4y2BaFGydF4y2Ba2GydF4y2Ba多倍体亲本植物(GydF4y2BaP.GydF4y2Ba= 0.08)和多倍体FGydF4y2Ba1GydF4y2Ba混合动力汽车(GydF4y2BaP.GydF4y2Ba = 0.09). The impact of polyploidy on developmental behaviour was additionally investigated in female sporogenesis of F2GydF4y2Ba,推断无显著差异(GydF4y2BaP.GydF4y2Ba= 0.46)。此外,总FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba包含大孢子发生和小孢子发生测量值的数据集连续测试了以下因素的影响GydF4y2Ba倍性水平GydF4y2Ba和GydF4y2Ba性GydF4y2Ba在配子形成。雌性孢子发生过程中的错误与植物多倍体的关系非常显著(GydF4y2BaP.GydF4y2Ba< 0.001),以及二倍体FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba杂种与大孢子发生的多倍体FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba植物(GydF4y2BaP.GydF4y2Ba < 0.001).

表3广义混合效应模型(GLMM)分析了发现影响男性和女性减数分裂和孢子发生的错误率的操纵效果GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba关于GydF4y2Ba倍性水平GydF4y2Ba那GydF4y2Ba一代GydF4y2Ba和GydF4y2Ba性GydF4y2Ba.计算是根据115GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba工厂和13000多个单独的数据点。描述了用R表示的统计计算过程。回归估计和GydF4y2BaP.GydF4y2Ba值由GLMM分析计算,因为被测因素是参考试验和基线类别。*GydF4y2BaP.GydF4y2Ba< 0.05,* *GydF4y2BaP.GydF4y2Ba < 0.01, ***P.GydF4y2Ba检验的统计显著性< 0.001。详细统计信息请参见补充数据表GydF4y2BaS2GydF4y2Ba

进行卡方检验以支持GLMM分析,获得确证结果(补充数据图)。GydF4y2BaS2GydF4y2Ba, 桌子GydF4y2BaS2GydF4y2Ba).在二 - 和多倍体之间检测到微微孢子发生性能的高度显着差异GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba父母的植物(χGydF4y2Ba2GydF4y2Ba= 119.78, df = 1,GydF4y2BaP.GydF4y2Ba< 0.001), FGydF4y2Ba1GydF4y2Ba混合(χ.GydF4y2Ba2GydF4y2Ba= 8.42, df = 1;GydF4y2BaP.GydF4y2Ba = 0.01), and the F2GydF4y2Ba混合(χ.GydF4y2Ba2GydF4y2Ba= 43.32, df = 1,GydF4y2BaP.GydF4y2Ba< 0.001)代(补充数据图GydF4y2BaS2GydF4y2Bab).此外,雌、雄孢子发生的误差频率也存在相似的显著差异GydF4y2Ba2GydF4y2Ba杂交种(χ.GydF4y2Ba2GydF4y2Ba= 470.82, df = 1,GydF4y2BaP.GydF4y2Ba< 0.001;补充数据图。GydF4y2BaS2GydF4y2BaC)。GydF4y2Ba

讨论GydF4y2Ba

已知杂交和多倍化对Agiospers中的男性和女性生殖计划具有实质性影响[GydF4y2Ba11GydF4y2Ba].尽管最近显示杂交,但在二倍体的象牙的发作中发挥着重要作用GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba植物,它与减数分裂行为的相互作用尚不清楚[GydF4y2Ba32GydF4y2Ba那GydF4y2Ba40GydF4y2Ba].减数分裂加雄性孢子发生染色体行为的研究GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba首次深入了解减数分裂和孢子发生在杂种和多倍体植物无融合生殖发生中的作用。GydF4y2Ba

在本研究中,研究了二倍体和多倍体小孢子发生过程GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba分析天然和杂化起源的植物,以鉴定繁殖期间介导异常细胞学产品的偏差。通过对醋康和DAPI染色的综合分析,鉴定多倍体花芽中的不规则性,如二倍体植物组织中的显着更高。这是醒目,因为这里研究的大多数二倍体植物是fGydF4y2Ba1GydF4y2Ba和FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba杂种的错误雄性孢子发生频率与亲本二倍体物种无显著差异(见表)GydF4y2Ba1GydF4y2Ba).广泛描述了年轻杂种的生存能力和育性有限,因此,在自然杂交后代中,杂交适应度差通常被认为是理所当然的[GydF4y2Ba12GydF4y2Ba那GydF4y2Ba15GydF4y2Ba],而fGydF4y2Ba2GydF4y2Ba混合性能往往比F的情况差GydF4y2Ba1GydF4y2Ba后代但混合动力车不像父母那么不那么健康[GydF4y2Ba9.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba44.GydF4y2Ba].多倍性影响的研究GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba仅在杂交植株(包括天然异源多倍体)中,多倍体与二倍体杂交植株中干扰小孢子发生的频率显著增加(见表)GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba, 图。GydF4y2Ba2GydF4y2Bab)。GydF4y2Ba

总体而言,5.42%的分析样本显示雄性孢子发生过程发生改变(见表)GydF4y2Ba1GydF4y2Ba的误差类型,其中二价和纺锤体的形成和定位问题被认为是最引人注目的问题。结果,这些减数分裂失败导致小孢子形状异常。GydF4y2Ba1GydF4y2Bal - t)。在多倍体中,不规则孢子的比例显著增加GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba植物(平均8.59%,GydF4y2BaP.GydF4y2Ba = 0.012), which led to the conclusion that polyploidization in combination with hybridization favours malfunctions in male reproductive development rather than hybridization alone (Fig.2GydF4y2Baa).所研究的天然植物具有相同的核型[GydF4y2Ba29GydF4y2Ba那GydF4y2Ba45.GydF4y2Ba],这里包括杂种没有显示出明显的偏离这一共享核型。因此,减数分裂干扰不能用结构上不同的染色体组配对来解释。属的核型和杂种形成概述GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba支持统一的核型有助于杂交的假设[GydF4y2Ba45.GydF4y2Ba]可能导致对新形成的同性恋的健身产生不利影响GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba杂交种。二元,三合会和多达斯的生产似乎是由于微生物发生过程中的各种问题。由于物理学被描述为对不平衡染色体隔离非常敏感,因此染色体错位可能导致了形成了单和多价或错误的主轴活动,导致了不寻常的配子发电和花粉[GydF4y2Ba10GydF4y2Ba那GydF4y2Ba46.GydF4y2Ba].这一假设得到了纺锤体极数为奇数的后期观察的支持(图)。GydF4y2Ba1GydF4y2Ba然而,由于不平衡的染色体分离也经常被检测到,因此不能排除染色体错配(图1)。GydF4y2Ba1GydF4y2Ba在极少数情况下,植物的细胞板组装不完整,形成不分离的多核小孢子聚集,从而形成二分体花粉粒(图。GydF4y2Ba1GydF4y2BaR - S)。据信配备了超过正常数量的四元素产品,源自不成功的染色体师,再次可能与缺陷的主轴功能相关。侏儒微微孢菌素的检测可以与其基因组含量相关,以来GydF4y2Ba拟南芥GydF4y2Ba和其他模型植物花粉尺寸与其DNA含量正相关[GydF4y2Ba47.GydF4y2Ba].然而,这种与基因组大小的联系尚未在GydF4y2BaR. auricomus.GydF4y2Ba,但显微花粉研究显示无融合生殖类群中有矮化和畸形花粉[GydF4y2Ba29GydF4y2Ba].空调的定量花粉分析GydF4y2Ba毛茛属植物kuepferiGydF4y2Ba发现花粉尺寸的变化很大,并且在四倍体中的矮化花粉是可疑的[GydF4y2Ba48.GydF4y2Ba].雄性减数细胞发育异常是毛茛科多倍体植物中较为常见的现象。Kumar等人[GydF4y2Ba49.GydF4y2Ba以四倍体减数分裂进程为特征GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba物种,在喜马拉雅山脉采集与目前的数据一致,他们发现了几个严重的减数分裂问题,包括染色体粘性、滞后以及二价体失定向。例如,图中的失定向染色体。GydF4y2Ba1GydF4y2BaG可能是错配加上随后的错分离的结果。评估所获得的结果是否为合成多倍体的结果GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba杂交种,另外,四倍体(GydF4y2BaR. Cassubicifolius.GydF4y2Ba,父母种类)和潜在的年轻天然所有单层(表GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba;补充数据表GydF4y2BaS1GydF4y2Ba)被包括在内。假设后一种植物代表之间的自然十字架GydF4y2BaR. notabilis.GydF4y2Ba和GydF4y2Bar .摘要GydF4y2Ba由于表型的原因,也由于事实GydF4y2Bar .摘要GydF4y2Ba在附近发生人口[GydF4y2Ba50.GydF4y2Ba].发现异常微孢子发生的频率与数据的数据一致GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba人工授粉的杂种(FGydF4y2Ba1GydF4y2Ba;FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba;表格GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba;补充数据表GydF4y2BaS1GydF4y2Ba那GydF4y2BaS2GydF4y2Ba).这一发现表明,杂交事件可以触发不规则性,但当它与多倍体结合时,不规则性也会显著增强(表)GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba, 图。GydF4y2Ba2GydF4y2Baa,b)。GydF4y2Ba

表4天然植物和合成杂交种GydF4y2Ba毛茛属植物auricomusGydF4y2Ba在本研究中分析的复杂性GydF4y2Ba

此外,由于四倍体的存在,二倍化的年龄和程度对减数分裂的功能起着至关重要的作用GydF4y2BaR. Cassubicifolius.GydF4y2Ba,至少有8万年的历史[GydF4y2Ba35GydF4y2Ba,表现出与二倍体相似的异常雄配子形成频率极低GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba材料(表GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba).多倍体在被子植物中很常见,这些植物被认为是进化适应的,这可能是由于一个长期的二倍化过程,稳定减数细胞的形成和遗传/表观遗传调节机制[GydF4y2Ba10GydF4y2Ba那GydF4y2Ba19GydF4y2Ba].因此,GydF4y2BaR. Cassubicifolius.GydF4y2Ba假设植物克服了当前多倍化植物的瓶颈,如在我们的天然杂交样本中[GydF4y2Ba10GydF4y2Ba].黄胸草雄性器官的孢子发生分析GydF4y2Ba1GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba杂交种已经显示出误差的增加,比较DI-和多倍体样品,这与本研究的其余部分一致,但与Hojsgaard等人收集的数据相反。[GydF4y2Ba32GydF4y2Ba].在那里,微生物发生被描述为“定期和通常进行”。这些差异可以通过前一项研究的较小的样本量来解释。GydF4y2Ba

结果提高了多倍化,杂交或两者组合的旧问题是开关和固定apomixis的原因。这两个进化力通常涉及单独或组合的植物中的Apomicic种子形成的出现。研究人员对这个主题进行了密集的辩论,因为这两个因素都发生了更频繁地从apomixis脱节[GydF4y2Ba20.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba23GydF4y2Ba].在Neopolyploids中,Apomixis可能随着短期过渡阶段而导致未收回的配子形成,但随后通过逆转继续为已建立的多倍体中的性能[GydF4y2Ba23GydF4y2Ba那GydF4y2Ba51.GydF4y2Ba].对于这种不稳定的,偶尔转移到apomixis,不同的环境压力因素对复制方式的影响可能也起到作用[GydF4y2Ba43.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba52.GydF4y2Ba].无融合生殖出现的其他潜在原因可能分别是由杂交或异源多倍体化引起的被子植物基因组中的某些遗传和表观遗传错位[GydF4y2Ba10GydF4y2Ba那GydF4y2Ba51.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba53.GydF4y2Ba].这一假设得到了几项研究的支持,这些研究观察到了女性人工合成的异慢性改变GydF4y2BaR. auricomus.GydF4y2Ba混合动力汽车(GydF4y2Ba32GydF4y2Ba那GydF4y2Ba40GydF4y2Ba,这可能是由于可逆性表观遗传沉默[GydF4y2Ba54.GydF4y2Ba].尽管如此,这种改变也可能是之前染色体丢失、重排或错分离后的核型改变的结果。要检验这些假设还需要更多实质性的证据,而且它们并不是相互排斥的。GydF4y2Ba

为了在呼吸的杂种中绘制难以捉摸的减数分裂进展GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba将样品,雌性孢子发生与男性数据进行比较。父母植物和F的女性孢子和配子生成GydF4y2Ba1GydF4y2BaHojsgaard等人以前分析过[GydF4y2Ba32GydF4y2Ba和F的情况GydF4y2Ba2GydF4y2Ba茛GydF4y2BaBarke等人的《植物》[GydF4y2Ba40GydF4y2Ba]和ulum等人。[GydF4y2Ba43.GydF4y2Ba].这些实验完全显示了父母个人的性ES形成,而在FGydF4y2Ba1GydF4y2Ba和FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba检测到杂种离体[[GydF4y2Ba32GydF4y2Ba那GydF4y2Ba40GydF4y2Ba];表格GydF4y2Ba2GydF4y2Ba].AIC的形成和减数分裂产物的流产是众所周知的,配子体无融合生殖的特征。[GydF4y2Ba20.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba55.GydF4y2Ba]]。由于撇孢子首字母总是出现在大孢子发生的末期,但既不是独立出现,也不是在减数分裂过程中出现,因此很可能减数分裂的最终失败对AIC的形成有影响[GydF4y2Ba26GydF4y2Ba那GydF4y2Ba27GydF4y2Ba那GydF4y2Ba32GydF4y2Ba那GydF4y2Ba40GydF4y2Ba那GydF4y2Ba43.GydF4y2Ba],虽然恶作剧对以前的近期进展没有影响。因此,由于减数分裂的最终产物与潜在初始冠的外观相关,因此可能较差。第四兆瓦斯靠近海上杆子,是梅卡斯特四边唯一的剩余细胞,并且通常仍称为“功能兆瓦斯”(FM),尽管这种细胞是否具有圆形减少误差的功能。它在胚胎形成期间越早中止。牙肌细胞位于Megaspore Tetrad附近,与FM建立直接接触。因此,另一个强烈讨论的可能性是细胞对细胞串扰,其可以触发性源细胞的流产和/或形成呼吸的堕胎[GydF4y2Ba23GydF4y2Ba那GydF4y2Ba55.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba56.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba57.GydF4y2Ba].在本研究中,最近收集了多倍体的甲孢特异性的数据GydF4y2Ba茛GydF4y2BaFGydF4y2Ba2GydF4y2Ba用合成二倍体F的结果修改植物GydF4y2Ba2GydF4y2Ba混合动力汽车(GydF4y2Ba40GydF4y2Ba].该分析显示了在二聚体卵巢中发生的血管血管术(表格)的相似频率(表GydF4y2Ba2GydF4y2Ba).然而,对雌性和雄性孢子发生的整体比较结果显示,雌性器官的错误率明显高于雄性器官(图。GydF4y2Ba2GydF4y2Bac).单孢发育GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba增加减数分裂错误的负后果的风险,因为总是只留下一个大孢子继续ES的建立。如果这个大孢子(合点的大孢子)显示了不完整的染色体组,例如由于不规则的染色体分离,它不能被四分体的其他大孢子所取代。没有观察到其他无融合生殖植物多孢子胚囊发育的趋势[GydF4y2Ba58.GydF4y2Ba].相比之下,雄性的孢子发生在GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba产生4个单倍体小孢子,每个小孢子在一个花粉粒内继续发生小配子发育。因此,通过异常减数分裂行为和干扰小孢子发生和配子发生而导致的雄性生殖能力下降,在数量上并不像卵巢那样严重。剩余的具有功能配子的完整花粉粒数量足够成功受精。Pseudogamous apomicts像GydF4y2BaR. auricomus.GydF4y2Ba植物的胚乳形成需要花粉进行极核受精。因此,即使在无融合生殖植物中,选择也有利于雄性功能的维持[GydF4y2Ba59.GydF4y2Ba].相比之下,胚珠少得多,花粉-胚珠比在GydF4y2BaR. auricomus.GydF4y2Ba从652到1684 [GydF4y2Ba42.GydF4y2Ba].与花粉中的情况不同,功能兆匹配(整个系列)的死亡容易危及植物的女性再生成功。因此,替代食子植物发育途径的选择压力在女性上表现得比雌雄同体植物中的雄性功能更大。在这项研究中,多倍体植物中不到50%的巨孢子发生,然后是性生殖途径,而近40%的分析胚珠显示出堕胎和约。10%的形成初始初始(表GydF4y2Ba2GydF4y2Ba).二倍体杂交样品中的性ES形成超过60%以上,20%的胚胎含量被完全中止,16%发育出现[表GydF4y2Ba2GydF4y2Ba,(GydF4y2Ba40GydF4y2Ba]]。因此,无融合生殖的开始,正如达林顿[GydF4y2Ba22GydF4y2Ba]提出,真正似乎是逃离杂交无菌性的逃脱,但只有在女性方面。尽管如此,巴克等人的种子形成。[GydF4y2Ba40GydF4y2Ba由于种子败育率高,只在二倍体植株中进行了分析。复合杂交和多倍体化的有效影响GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba主要观察到胚囊形成。GydF4y2Ba

二倍体杂交对无融合生殖的触发作用似乎不如异源多倍体。这一假设与自然系统中表达无融合生殖的二倍体杂交种普遍缺乏一致[GydF4y2Ba23GydF4y2Ba].在属中发现了最突出的例外GydF4y2BaBoecheraGydF4y2Ba,Apomixis在二倍体杂交种中完全正常工作[GydF4y2Ba60.GydF4y2Ba].但是,在这个属中,在二倍体无融合体中观察到戏剧性的染色体重排[GydF4y2Ba60.GydF4y2Ba],而无融合二倍体杂交种则起源于完全不同的基因组的组合[GydF4y2Ba61.GydF4y2Ba].否则,天然二倍体种群中的Apomicic种子形成出现在非常低的频率下[GydF4y2Ba23GydF4y2Ba]]也可能是由于环境诱导的性发展扰动[GydF4y2Ba52.GydF4y2Ba].二倍体杂交种中,雌性减数分裂异常在多大程度上影响了无融合生殖的建立,尚需进一步研究。我们的研究表明,多倍体杂种的小孢子发生错误的频率明显高于同倍体杂种(图。GydF4y2Ba2GydF4y2Bab;表格GydF4y2Ba1GydF4y2Ba),但在甲孢子发生成功中没有倍率水平的差异。GydF4y2Ba

结论GydF4y2Ba

这项研究揭示了年轻的所有多利多片和二倍体发生的细胞学过程GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba混合动力车及其在审计繁殖中的作用。结果表明,多重化对雄性十分病有比同性恋杂交具有更强烈的不利影响。即使在同一植物中,孢子发生过程中的不规则性比男性发育更常见。甲孢子发生失败与血清的外观的相关性表明,令人不安的巨孢子发生可能是赤霉素的功能触发,但这似乎是叠倍增的。得出结论是,差动选择性压力对男性和女性的作用作用:虽然女性发育受到限制,但是避免减数分裂,以产生任何功能性胚囊囊,男性发育可以继续令人不安的减少途径,选择作用于大量的花粉作用。仍然生产。GydF4y2Ba

方法GydF4y2Ba

植物材料GydF4y2Ba

在本研究中,使用了三代野生和杂交植物。亲本植物为自然二倍体异种植物GydF4y2Bar. carpaticola.GydF4y2Ba和GydF4y2BaR. notabilis.GydF4y2Ba;自然的,四倍体的,异体的GydF4y2BaR. Cassubicifolius.GydF4y2Ba所有这些都是从野生种群中收集的GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba那GydF4y2BaS1GydF4y2Ba),并决心有性繁殖[GydF4y2Ba32GydF4y2Ba].2006年,通过人工杂交产生了人源和异倍体杂交植株,结果产生了二倍体FGydF4y2Ba1GydF4y2Ba杂种(F, J植物;表格GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba;补充数据表GydF4y2BaS1GydF4y2Ba) 从...获取GydF4y2Bar. carpaticola.GydF4y2Ba*GydF4y2BaR. notabilis.GydF4y2Ba十字架和三倍体fGydF4y2Ba1GydF4y2Ba个人(G植物;表格GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba;补充数据表GydF4y2BaS1GydF4y2Ba)通过过境获得GydF4y2BaR. Cassubicifolius.GydF4y2Ba*GydF4y2BaR. notabilis.GydF4y2Ba[GydF4y2Ba32GydF4y2Ba].此外,在2010年至2012年期间,使用FGydF4y2Ba1GydF4y2Ba已显示胞外孢子的植物[GydF4y2Ba32GydF4y2Ba].FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba亲本为F和/或J的个体是二倍体和无孢子体[[GydF4y2Ba40GydF4y2Ba),表GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba;补充数据表GydF4y2BaS1GydF4y2Ba],而G父母下降的杂交种被确定为三倍和四倍体[[GydF4y2Ba40GydF4y2Ba),表GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba;补充数据表GydF4y2BaS1GydF4y2Ba].由于最初的亲本植物已经不再存活,我们在2011年至2018年期间从相同的种群中收集了个体用于这里的研究。此外,四倍体GydF4y2BaR. notabilis.GydF4y2Ba来自另一种以前被描述为二倍体的人群的杂种植物[[GydF4y2Ba50.GydF4y2Ba),表GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba;补充数据表GydF4y2BaS1GydF4y2Ba].我们将这些植物视为最近形成的障碍与4GydF4y2Bax r .摘要GydF4y2Ba,一种在同一位置发生的物种[GydF4y2Ba50.GydF4y2Ba].本研究的所有分析的植物都在德国Goettingen大学的Albrecht-Von-Haller植物科学研究所的旧植物园中生长在同样的气候条件下。GydF4y2Ba

表5野生采集天然林名录GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba在这项研究中分析的植物包括植物标本馆凭证保存机构- GOET(哥廷根植物标本馆大学)和WU(维也纳植物标本馆大学)。收集这些东西不需要许可证GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba样本GydF4y2Ba

倍性和繁殖方式的测定GydF4y2Ba

Hojsgaard等人记录了杂交种的倍性和繁殖模式[GydF4y2Ba32GydF4y2Ba]对于fGydF4y2Ba1GydF4y2Ba在巴克等人。[GydF4y2Ba40GydF4y2Ba]对于fGydF4y2Ba2GydF4y2Ba一代。通过Barke等人的协议,检查新收集的家长物种的倍性和繁殖模式。[GydF4y2Ba40GydF4y2Ba].流式细胞术种子筛选证实为有性生殖GydF4y2BaR. notabilis.GydF4y2Ba和GydF4y2BaR. Cassubicifolius.GydF4y2Ba(补充数据表GydF4y2BaS3GydF4y2Ba;补充数据图。GydF4y2BaS3GydF4y2Ba).GydF4y2Ba

花芽注视GydF4y2Ba

用于研究自然和人工杂交的雄性减数分裂GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba在春季采收,花蕾小,最大直径5 mm,直接在乙醇:醋酸(3:1)中固定,4℃保存至使用。用此方法固定的花芽进行毛蕊素染色和染色体展布。GydF4y2Ba

为了分析甲孢特异性,收集最小直径为5mm的花蕾并固定在FAA溶液中(甲醛:乙酸:乙醇:DHGydF4y2Ba2GydF4y2BaO;1:10: 3.5)。在室温下孵育48小时后,用70%乙醇仔细交换固定溶液,并在室温下保存,直到分析雌性发育[GydF4y2Ba40GydF4y2Ba].GydF4y2Ba

花粉母细胞源蛋白染色GydF4y2Ba

通过从微观载玻片上的固定花蕾解剖耐力来分析雄性孢子发生,同时将2%(w / v)乳酸盐蛋白溶液的液滴添加到植物组织中。在安装盖板后,将温和拇指压力施加到样品中以释放和染色花粉母细胞(PMC)。GydF4y2Ba

染色体的利差GydF4y2Ba

利用众所周知的染色体扩散技术研究了雄性减数分裂期间染色体的行为[GydF4y2Ba47.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba62.GydF4y2Ba]有几个微小的修改。固定花蕾在DDH中洗涤两次GydF4y2Ba2GydF4y2BaO和一次柠檬酸缓冲液(pH 4.8),直到没有“云”固定剂检测。植物组织消化是通过将芽在5% (w/v)果胶酶(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen,德国)和5%纤维素酶(Onozuka R10;SERVA电泳公司,海德堡,德国)在柠檬酸缓冲液中37°C,湿室中5小时。酶解后,用柠檬酸缓冲液仔细交换酶混合物,样品在4°C下保存1 h。将单个花蕾转移到一个含有60%乙酸的显微镜载玻片上,用弯曲的解剖针将植物组织压扁。随后,显微镜载玻片在45°C的热板上加热,植物组织均匀分布在温暖的载玻片上。因此,用新鲜制作的冰冷乙醇:醋酸(3:1)固定剂浸泡样品,然后风干。添加20 μl DAPI (1 μl/ ml;4 ', 6-diamidino-2-phenylindole;德国卡尔斯鲁厄卡尔罗斯股份有限公司KGGydF4y2Ba®GydF4y2Ba防褪色安装介质(VECTOR LABORATORIES, INC., Burlingame, CA, USA)和样品的封面滑动。最后,样品在4°C的黑暗中培养过夜,以形成完全染色的染色体。GydF4y2Ba

女性发展GydF4y2Ba

多倍体大孢子发生的研究GydF4y2Ba茛GydF4y2BaFGydF4y2Ba2GydF4y2Ba杂交种采用记录良好的差分干涉对比(DIC)显微镜[GydF4y2Ba32GydF4y2Ba那GydF4y2Ba40GydF4y2Ba].通过在95和100%乙醇中孵育30分钟,将前缀花芽脱水。随后用水杨酸盐(25; 50; 85; 100%; Carlsruhe,德国Carlsruhe,德国)在乙醇中升高的稀释系列(25; 50; 100%)进行治疗。花蕾组织清除了[GydF4y2Ba40GydF4y2Ba那GydF4y2Ba63.GydF4y2Ba].整整显微镜GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba将卵巢从清除植物组织中解剖,并安装在纯甲酯的液滴中的微观载玻片上。GydF4y2Ba

显微镜GydF4y2Ba

雄性减肥染色体和雌性孢子发生的可视化GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba用Leica显微镜DM5500B进行样品。使用DFC 450C摄像头和LAS V41软件(Leica Microsystems,Wetzlar,Germany)采用矿床染色的PMC和清除卵巢的图像。对于荧光图像成像,应用了配备DFC 365FX摄像头的相同显微镜,Fluo-Filter Cube A4和LAS AF 3.1.0软件(Leica Microsystems CMS GmbH,Wetzlar,德国)。GydF4y2Ba

统计分析GydF4y2Ba

为每个单独计算异常雄性和雌性减数分裂和孢子发生的百分比,并用盒子显示。通过应用Mann-Whitney-U测试,通过应用IBM SPSS统计24,通过应用Mann-Whitney-U测试来完成对两组的显着差异(二倍体与多倍体PMC /胚珠或雌性分子)进行的统计分析和试验。IBM Deutschland GmbH,Ehningen,德国)。GydF4y2Ba

为探讨性别、倍性水平和产量对孢子发生的影响,采用R package进行了广义线性混合效应模型(GLMM)分析GydF4y2Balme4GydF4y2Bav1.1-20 [GydF4y2Ba64.GydF4y2Ba].孢子发作被定义为响应变量并确定为二聚体状态;正常(0)或异常(1)。响应变量中的二聚体字符分布使得从二项式错误结构系列中的应用程序的应用[GydF4y2Ba65.GydF4y2Ba].解释变量GydF4y2Ba性GydF4y2Ba那GydF4y2Ba倍性水平GydF4y2Ba和GydF4y2Ba一代GydF4y2Ba被定义为分类,占据一组非重叠选项之一;GydF4y2Ba性GydF4y2Ba:男性或女性,GydF4y2Ba倍性水平GydF4y2Ba:二倍体或多倍体,GydF4y2Ba一代GydF4y2Ba:p,fGydF4y2Ba1GydF4y2Ba或FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba.在每个GLMM分析中,解释变量之间允许相互作用。三个样本GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba物种(表GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba)被定义为GLMM内的随机因子分析以控制差异效应。天然所有单层的数据GydF4y2BaR. notabilis.GydF4y2Ba*GydF4y2Bar .摘要GydF4y2Ba标本被排除在进一步的分析,以防止引入关于多倍体起源的潜在偏差。GydF4y2Ba

为了测试是否GydF4y2Ba倍性水平GydF4y2Ba那GydF4y2Ba一代GydF4y2Ba或两者都影响小孢子发生的过程,GLMM分析对每个分类因素和FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba材料,影响GydF4y2Ba倍性水平GydF4y2Ba分析了雌性孢子发生。推断男性和雌性孢子发生是否在f中受到不同的影响GydF4y2Ba2GydF4y2BaBarke等人的数据[GydF4y2Ba40GydF4y2Ba[胚胎囊发育与本文的那些合并以产生总F.GydF4y2Ba2GydF4y2Ba数据集。此外,验证了对孢子发生的不利影响,造成的GydF4y2Ba倍性水平GydF4y2Ba那GydF4y2Ba性GydF4y2Ba或两者的结合,通过连续的GLMM分析总FGydF4y2Ba2GydF4y2Ba数据集。采用拉普拉斯近似,用R函数拟合glmGydF4y2Ba全球语言监测机构()GydF4y2Ba[GydF4y2Ba64.GydF4y2Ba].采用卡方检验检验解释变量的不同效应。GLMM分析和卡方检验的结果使用R v3.5.2 (R Foundation for Statistical Computing 2018)绘制成柱状图。GydF4y2Ba

数据和材料的可用性GydF4y2Ba

本研究中产生或分析的所有数据均包含在本文[及其补充信息文件]中。额外的显微图像(原始分辨率)可从通信作者在合理要求。GydF4y2Ba

缩写GydF4y2Ba

另类投资会议:GydF4y2Ba

Aposporous初始细胞GydF4y2Ba

DIC:GydF4y2Ba

差动干扰对比GydF4y2Ba

ES:GydF4y2Ba

胚囊GydF4y2Ba

调频:GydF4y2Ba

功能巨型GydF4y2Ba

GLMM:GydF4y2Ba

广义线性混合效应模型GydF4y2Ba

PI:GydF4y2Ba

峰值指数GydF4y2Ba

PMC:GydF4y2Ba

花粉母细胞GydF4y2Ba

STD:GydF4y2Ba

标准偏差GydF4y2Ba

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下载参考GydF4y2Ba

确认GydF4y2Ba

我们感谢匿名审稿人对手稿提出的宝贵意见。我们还感谢Ladislav Hodač收集植物,Silvia Friedrichs护理植物,Marius Eilerts测定叶材料的倍性。我们感谢哥廷根大学开放获取出版基金的支持。GydF4y2Ba

资金GydF4y2Ba

本研究由德国研究基金“Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG”(优先项目SPP 1991 TaxonOMICS中的Ho 4395/4-1和4395/10-1)资助,均由E.H.资助。收集、分析或解释数据;在手稿的写作,或在决定发表结果。由Projekt DEAL支持和组织的开放获取资金。GydF4y2Ba

作者信息GydF4y2Ba

从属关系GydF4y2Ba

作者GydF4y2Ba

贡献GydF4y2Ba

B.H.B.进行研究,分析和解释数据。B.H.B.和E.H.撰写了手稿并设计了研究。M.D.进行FCSS实验,K.K.进行R分析。所有作者均已阅读并批准本稿件。GydF4y2Ba

作者的信息GydF4y2Ba

Birthe Hilkka Barke, Kevin Karbstein, Mareike DaubertGydF4y2Ba2GydF4y2Ba&elvirahörandl:戈特廷大学,阿尔布雷德 - 冯堡工厂,植物科学系,生物多样性和植物的生物多样性和演变部(用植物标本馆),Unte Kearspuele 2,37073 Goettingen,德国。GydF4y2Ba

相应的作者GydF4y2Ba

对应于GydF4y2Ba诞生H. Barke.GydF4y2Ba.GydF4y2Ba

道德声明GydF4y2Ba

伦理批准和同意参与GydF4y2Ba

不适用。GydF4y2Ba

同意出版GydF4y2Ba

不适用。GydF4y2Ba

利益争夺GydF4y2Ba

提交人声明他们没有竞争利益。GydF4y2Ba

附加信息GydF4y2Ba

出版商的注意GydF4y2Ba

Springer Nature在发表地图和机构附属机构中的司法管辖权索赔方面仍然是中立的。GydF4y2Ba

补充信息GydF4y2Ba

额外的文件1:GydF4y2Ba

表S1:GydF4y2Ba在小孢子和大孢子发生中检测到的细胞学异常数量GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba.GydF4y2Ba表S2:GydF4y2Ba关于广义混合效应模型(GLMM)分析的更详细信息。这些分析观察到的影响改变了微小和大孢子发生的错误频率GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba关于倍性,代和性。计算是根据115GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba工厂和13000多个单独的数据点。可视化R计算输出,包括标准误差和z值。通过GLMM分析计算回归估计值和p值,被测因子参照检验和基线类别。GydF4y2Ba表S3:GydF4y2Ba不同繁殖方式的平均峰指数不同GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba人口。GydF4y2Ba图S1:GydF4y2Ba二倍体胚珠的无性ES形成GydF4y2Ba茛GydF4y2BaFGydF4y2Ba2GydF4y2Ba混合的(取自[GydF4y2Ba40GydF4y2Ba])。GydF4y2Ba图S2:GydF4y2Ba自然和杂种大、小孢子发生错误的卡方分析GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba植物。GydF4y2Ba图S3:GydF4y2Ba典型的流式细胞仪直方图GydF4y2Ba茛GydF4y2Ba种子。GydF4y2Ba

权利和权限GydF4y2Ba

开放获取GydF4y2Ba本文根据创意公约归因于4.0国际许可证,这允许在任何中或格式中使用,共享,适应,分发和复制,只要您向原始作者和来源提供适当的信贷,提供了一个链接到Creative Commons许可证,并指出是否进行了更改。除非信用额度另有说明,否则本文中的图像或其他第三方材料包含在文章的创造性公共许可证中,除非信用额度另有说明。如果物品不包含在物品的创造性的公共许可证中,法定规定不允许您的预期用途或超过允许使用,您需要直接从版权所有者获得许可。要查看本许可证的副本,请访问GydF4y2Bahttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/GydF4y2Ba.创作共用及公共领域专用豁免书(GydF4y2Bahttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/GydF4y2Ba)适用于本文中提供的数据,除非另有用入数据的信用额度。GydF4y2Ba

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巴克,B.H.,Karbstein,K。,Daubert,M。GydF4y2Ba等等。GydF4y2Ba杂种、多倍体和无融合生殖与减数分裂行为的关系GydF4y2Ba毛茛属植物auricomusGydF4y2Ba复杂(ranunculaceae)。GydF4y2BaBMC植物BIOL.GydF4y2Ba20.GydF4y2Ba523(2020)。https://doi.org/10.1186/s12870-020-02654-3GydF4y2Ba

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关键词GydF4y2Ba

  • 发育生物学GydF4y2Ba
  • 杂草植物apomixis.GydF4y2Ba
  • 杂交种GydF4y2Ba
  • 减数分裂GydF4y2Ba
  • PMCGydF4y2Ba
  • 多倍体GydF4y2Ba
  • 茛GydF4y2Ba