variasi ukuran genom pada switchgrass.doc

8/10/2019 Variasi Ukuran Genom pada Switchgrass.doc

1/37

Variasi Ukuran Genom pada Switchgrass(Panicum virgatum): Flow Cytometrydan Sitologi mengungkap Kejadiananeuploidy

Abstrak

Switchgrass (Panicum virgatum L.), tanaman aseli tahunan yang mendominasi padang umput

Amerika Utara, telah ditargetkan sebagai model spesies herba untuk pengembangan

bioeedstock. Sebuah survey dengan menggunakan lowcytometric terhadap susunan inti

dari !! aksesi switchgrass utama yang berasal dari dataran tinggi menun"ukkan adanya

variasi ukuran genom dalam setiap aksesi, terutama pada tingkatan ploidi octoploid (#n $ %&

$ '# kromosom). ingkat variasi kromosom tertinggi yang dihitung pada saat persiapan

pembelahan sel mitosis. engindikasikan bahwa aneuploidi lebih sering ter"adi pada

octoploid (%*,+) dibandingkan pada tetraploid (#+,#). Selain itu, ke"adian

-iperaneuploidi dibandingkan hypoaneuploidy adalah seimbang pada tetraploids. ni "elas

tidak ter"adi pada octoploids, di mana hampir /0 dari "umlah aneuploid lebih rendah dari

"umlah euploid.

Penyelidikan Sitogenetika menggunakan hibridisasi luorescent in situ (1S-)

mengungkapkan dera"at variasi struktur kromosom yang tidak diharapkan

yang mendasari ketidakstabilan genomik dari spesies ini secara "elas.-asil penelitian ini menun"ukkan bahwa kema"uan pesat dalam pemuliaan polyploid dari

tanaman ini, berdasarkan diseksi molekuler genetik

karakteristik biomassa dan hasil, dapat diprediksi berdasar pemahaman kita yang semakin

baik terhadap sitogenetika spesies ini.

Species therefore evidently vary in their fundamental chromosomeorganization or, as we may say, genetic structure. Insome this structure is less rigid, more exible, better bu ered,than in others and it is clear that where it is more exible,where the chromosomes are more nearly neutral, changes inthe basic number by gain, and less often by loss, of whole chromosomes

will more readily come about!" (!arlington" #$%&)

'Spesies leh karena itu jelas ereda dalam organisasi kromosom dasarmereka" atau dapat kita katakana seagai struktur genetik* +adaeerapa spesies struktur ini kurang kaku" leih ,eksiel leih"menyangga leih aik daripada spesies lainnya: dan jelas ahwa ketika ituleih ,eksiel" dimana kromosom hampir netral" peruahan dalam jumlahdasardimana kromosom leih mendekati netral" peruahanjumlah dasar dengan keeruntungan" dan kurang sering dengan

hilangnya" kromosom utuhakan leih mudah terjadi*** '(!arlington" #$%&)


2/37

'!ari sudut pandang praktis" seuah program peraikan -arietasdapat diuraikan leih aik ketika perilaku sitogenetika dari suatu spesiesdapat dipahami* '(.yers dan /ill" #$01)

S23UK2U3 G45426K dari suatu organisme telah memeri pemahamanmendalampada semua aspek iologi dasar* Cara agaimana gen7gen tersear" aikdalam sedikit kromosom atau anyak kromosom" jumlah seluruh setkromosom (tingkat ploidi) akan ada" dan adaatau tidak adanya salinan indi-idu kromosom" akanerkontriusi terhadap 8enotipe* +eredaan +loidi antara

indi-idu dalam suatu populasi akan menentukan pola perkawinandan aliran gen" erpengaruh pada distriusi -ariasi genetikaik di dalam maupun di antara indi-idu* +ada populasi di alam" -ariasi8enotip yang dihasilkan adalah dasar agi pementukan ecotype" dan"akhirnya" seiring dengan erjalannya waktu" dapat mengarahkan padaspesi9kasi* !alam program pemuliaan" -ariasi itu merupakan ahan akuuntuk pengemangan kulti-ar dan peraikandari tanaman* Sehingga pengetahuan yang mendalam mengenaieragai entuk -ariasi ukuran genom dalam studiorganisme adalah langkah awal yang penting untuk program penelitiangenomic atau tipe genetic*

Switchgrass ( +anicum -irgatum * ) telah.enjadi suyek penelitian agronomi dan pemuliaan tanaman yang intensi8dan ekstensi8untuk produksi io8eedstock sejak diidenti9kasi oleh!epartemen 4nergi;merika Serikat(US7!4 ) seagai model spesies hera untukpengemangan io8eedstock ( .caughlin dan Ks>)" hampir semua adalah polyploid" danswitchgrass memiliki peredaan meragukan karena tidakhanya jumlah le-el ploidinya yang sangat eragam tetapi juga memiliki

kejadian aneuploid yang paling tinggi diantara spesies kandidat( 2amahan 2ael # ) *


3/37

uasnya -ariasi jumlah kromosomditemukan pada switchgrass digamarkan oleh da8tar panjangjumlah kromosom -egetati8 (=n) yang dierikan dalam deskripsidi Flora teraru dari ;merika Utara: #>" =#" =%" ?1"

?=" ?%" ?&" %07&1" &@7@=" @0" @@" $1" #1> (Aarkworth et al*"=11?)* /ampir semua telah dikonsultasikandari literatur primer (2ael 2amahan=)* !engan jumlah kromosom dasar $" luasnya kisaran species padaeragai tingkat ploidi yang ditemukan dalam populasi alamiadalah diploid (=B) hingga duodecaploid (#=B) (5ielsen" #$00)*Sejumlah aneuploid telah dilaporkan secara sporadis diliteratur lama (Arown" #$0> Aarnett dan Car-er" #$&@Arunken dan 4stes" #$@%)* +opulasi tanaman yang mengandungeerapa ploidi secara teratur telah ditemukan (Gereja"#$01" 5ielsen" #$00 .c.illan dan Deiler" #$%$ +orter"#$&&)* !alam sur-ei sitologi paling luas dari -ariasi jumlah kromosomswitchgrass sampai saat ini" .c.illandan Deiler (#$%$) menghitung kromosom pada sel induk seruk saridari klon yang erasal dari 0? populasi mencakup.idwest tengah" dari selatan Kanada ke utara2eEas* !ari =$ populasi di mana mereka sampel leihdari dua tanaman" ?# erupa tanaman dengan tiga tingkat ploidi(=n 0B ?& kromosom" &B %0 >B @=)" ?#dua tingkat ploidi" dan ?> dengan satu tingkat ploidi (aik =n ?& atau@=)* +ola -ariasi jumlah kromosom yang terungkap oleh semua studi ini

akhirnya dimasukkan dalamdeskripsi ekotipe dari switchgrass: dan ditentukan ahwa switchgrassdataran rendah secara khusus adalah tetraploid" sedangkan jenis datarantinggi dapat er-ariasi dalam ploidi (0B" &B" dan >B)" aik di dalammaupun di antara populasi (+orter" #$&&)*

Kulti-ar tampaknya mencerminkan ekotipe asal mereka " Secara umumtelah digamarkan seagai tetraploid " heEaploid " octoploid "atau eerapa kominasi dari semuanya * Sehingga " khususnya padakulti-ar yang erasal dari populasi dataran tinggi " jumlah kromosom

indi-idu klon dapat er-ariasi * Sur-ei dari in8ormasi sitogenetika yangtersedia terutama terhadap kulti-ar dataran tinggi yang juga diamatidalam penelitian ini mendukung hal ini : penulis yang eredamemerikan jumlah kromosom yang ereda untukkulti-ar yang sama " iasanya didasarkan pada perhitungan kromosomsaat meiosisdalam sel7sel induk seruk sari atau perhitungan kromosom pada saatmitosis pada sel7sel meristematik pucuk atau akar dari eerapa indi-idutanaman ( 2ale# ) * !alam eerapa kasus " ploidi diperkirakan dengan,ow sitometri "

yang memerikan ukuran kandungan !5; inti dalamsel daun " tanpa data perhitungan jumlah kromosom untuk memastikan


4/37

tingkat ploidinya ( /ultHuist et al " #$$& * Casler etal * " =11&) * /al ini menyeakan eerapa keingungan dimasa lalu " khususnya dalam mendidenti9kasi heEaploid dan oktoploid( Dullschleger et al * " #$$& ) " dan juga memerlukanperingatan tentang potensi adanya

aneuploids dan heEaploids ( seagai lawan octoploids ) padaplasma nut8ah yang dikarakterisasi ( Casler et al * " =11&) *

+ada polyploids " jumlah salinan polimor9sme 8ungsional( yaitu" dosis alel) dapat menjadi 8aktor penting yangmendasari -ariasi si8at * Selain itu" switchgrassadalah tanaman menyeruk silang " spesies yang sangat hetero


5/37

cytometry used in this study is ased on that o8 ;rumuganathanand 4arle (#$$#)" with -arious modi9 cations* nelea8 per plant was har-ested the e-ening e8ore or the morningo8 the eEperiment and kept re8rigerated until preparationo8 samples* ; # cm= piece o8 lea8 was 9 nely chopped in

&11 u o8 .gS0 uL er solution (Solution ;M) in a +etridish kept on ice* Solution ; is prepared 8resh on the dayo8 the eEperiment as 8ollows (per sample): %>% N .gS0stock uL er O#1 mmol P# .gS0*@/="%1 mmol P# KCl"% mmol P#/epes" p/ adjusted to >*1Q R 1*& mg !22 R #%N 2riton B7#11 solution (Sigma7;ldrich no* $?00?)* 2h eresulting slurry was poured through a ?17Nm 8i lter O+artecCell2rics no*107110=7=?#&Q* Final -olume o8 9 ltrate 8oreach sample was adjusted to 0=% N* 2wo solutions werethen added to each sample: @*% N propidium iodide735asesolution O% N +6 (% mg mP#) R 1*=% N 35ase stock (#11mg mP#) R =*=% N Solution ;Q and % N Si"1 Q R 1"& mg !22 R #%u 2riton B 7 #11 solusi ( Sigma 7 ;ldrich no * $?*00? ) * th emenghasilkan uur dituangkan melalui ?1 7 p. 9 lter O +artecCell2rics 5o*10 7 110=7=?#& Q * Volume akhir 9 ltrate untuk

masing7masing sampel disesuaikan dengan 0=% u * !ua solusi yang


6/37

kemudian ditamahkan ke masing7masing sampel : @*% u propidiumiodida 7 35asesolusi O % u +6 ( % mg m 7 # ) R 1"=% u 35ase saham ( #11mg m 7 # ) R ="=% Solusi u ;Q dan % u Ukuran StandarSolusi * Ukuran standar 2h e digunakan untuk percoaan ini adalah

2riploid 2rout inti dari AioSure " 6nc ( ada +roduk * #1#0 ) *2rout triploid terpilih seagai ukuran standar karenatidak memerlukan waktu tamahan selama memotong sampelpersiapan" seagai standar tanaman akan " dan ukurannya hanyasedikit leih esar " tetapi tidak tumpang tindih " octoploid switchgrass "menjadikannya seagai standar yang tepat untuk kedua tetraploids danoctoploids * Seuah larutan stok diuat segar hari inipercoaan seagai erikut : # tetes sel standar R #%1 uSolusi (cukup untuk ?1 sampel ) * Sampel disimpan dalampendingin dilindungi ringan dan diangkut ke ow cytometer , *2h e sampel ditempatkan pada instrumen dalam waktu = jamelakang er penyelesaian persiapan sampel *

2h e instrument used 8or the culti-ar sur-ey (4Eperiment#) was a F;CS Caliur (A! Aiosciences" San ose"C;)" while suseHuent work was per8ormed on an S366(A! Aiosciences)* 2h e stained nuclei samples were eEcitedy a 0>> nm laser* +ropidium iodide , uorescence wasmeasured with a T=1 nm and pass 9 lter and douletswere eEcluded using a linear +6 , uorescence areaand width plot* 2h e order that samples were run on theinstrument was randomi


7/37

yang jumlah kedua trout standar inti daninti tanaman meleihi %11 (dalam seagian esar sampel"angka7angka ini meleihi #111)* 2h e ukuran genomstandar trout triploid adalah @*> pg !5; (Aiosure"=1#1)" sehingga rumus yang digunakan untuk menghitung ukuran genom

di switchgrass itu (erarti , inti tanaman uorescence T erarti, uorescencestd inti) @*>* !ata ukuran genom dianalisismenggunakan S;S statistik so8t ware (S;S 6nstitute"=11=) secara umum model linier prosedur (+roc G.)untuk memeriksa project eL dari ploidi" lok eksperimental"dan kulti-ar*

Cytological +reparation and .icroscopy3oot tips 8or cytogenetics were har-ested multiple timeso-er the course o8 & mo 8rom greenhouse7grown plants thathad their roots cut ack and were transplanted into wet

-ermiculite* 2h ey were le8t 8or aout = wk on the ench inthe greenhouse to allow 8or root re7growth* 2h e tips werethen remo-ed 8rom the new" acti-ely growing roots andgi-en a =07hour cold water pretreatment e8ore 9 Eing in ?:#ethanolTglacial acetic acid* 3oot tips were stained with #carmine in 0% acetic acid 8ollowing sHuash preparation*+hotomicrographs were taken with an lympus !+@# camera*For more details" see the protocol descried at the KansasState Uni-ersity Dheat Genetic and Genomic 3esourcesCenter wesite (http:TTwww*k7state*eduTwgrcT+rotocolsTlaook*html O-eri9 ed & ct* =1#1Q)*

+ersiapan sitologi dan .ikroskopUjung akar untuk Sitogenetika dipanen eerapa kaliselama & ulan dari tanaman rumah kaca yang tumuhtelah erakar memotong kemali dan ditransplantasikan ke asah-ermikulit* 2h ey diiarkan selama sekitar = minggu di angku dirumah kaca untuk memungkinkan akar pertumuhan kemali* 2h e kiatyangkemudian dihapus dari aru" akar tumuh akti8 dandieri pretreatment air dingin =0 jam seelum 9 Eing di 1?:1#etanol T asam asetat glasial* Ujung akar diwarnai dengan #carmine di 0% asam asetat erikut persiapan lau*Gal*+hotomicrographs diamil dengan kamera lympus !+@#*Untuk leih jelasnya" lihat protokol yang dijelaskan di KansasUni-ersitas 5egeri Gandum dan Sumer !aya Genetik GenomicDesite +usat (http:TTwww*k7state*eduTwgrcT+rotocolsTlaook*html O-eri9 ed & ktoer =1#1Q)*

Fluorescence in situ hyridi


8/37

seHuences o8 the #>S" %*>S" and =%S r35; genes andthe intergenic spacer seHuence (Gerlach and Aedrook"#$@$)* 2o generate a F6S/ proe" p2a@# was laeled ynick translation with rhodamine7& dU2+ accordingto the manu8acturers protocol (3oche ;pplied Science"6ndianapolis" 65)* /yridiS" dan gen r35; =%S danurutan spacer intergenik (Gerlach dan Aedrook"#$@$)* Untuk menghasilkan proe 6K;5" p2a@# dicap olehterjemahan nick dengan rhodamine7& dU2+ sesuaidengan protokol produsen (3oche Sains 2erapan"6ndianapolis" 65)* /iridisasi dan kondisimencuci pasca7hiridisasi dilakukan menurutWhang et al* (=11#)* Kromosom counterstaineddengan 0 X" & diamidino7=7phenylindol (!;+6)* slide adalah

dianalisis dengan epi, uorescence Weiss ;Eioplan =mikroskop* Gamar ditangkap dengan S+2 ="# CC!(charge coupled de-ice) kamera (6nstrumen !iagnostik"6nc" Sterling /eights" .6) dan diolah dengan +hotoshop-%*% so8t ware (;doe Systems" San ose" C;)*

6mage ;nalysis6mages o8 metaphase chromosome spreads were eEaminedy three people (!4C" AF" .S)" using two methods: (i)manual counts 8rom images and (ii) automated countsusing 6mage (56/" Aethesda" .!) so8t ware* 6mages

were processed with 6mage as 8ollows: 3aw images werecon-erted to grayscale" then con-erted to lack and whitethreshold images* Dhen necessary" cellular deris waseliminated 8rom threshold images to allow accurate counting*6n addition" chromosomes that laid o-er or touchedother chromosomes were separated y clearing piEelsetween them to allow accurate counting* ;utomatedchromosome counts were generated using the ;naly


9/37

;nalisis gamarGamar menyear kromosom meta8ase diperiksaoleh tiga orang (!4C" AF" .S)" menggunakan dua metode: (i)menghitung manual dari gamar dan (ii) jumlah otomatismenggunakan 6mage (56/ di Aethesda" .!) so8t ware* gamar

diolah dengan 6mage seagai erikut: gamar mentah yangdikon-ersi ke grayscale" kemudian dikon-ersi ke hitam dan putihamang atas gamar* Aila perlu" puing7puing selular adalahdihilangkan dari gamar amang atas untuk memungkinkanpenghitungan akurat*Selain itu" kromosom yang diletakkan di atas atau disentuhkromosom lain dipisahkan oleh kliring pikselantara mereka untuk memungkinkan penghitungan akurat* otomatisjumlah kromosom yang dihasilkan dengan menggunakan ;nalisisFungsi partikel dan penelusuran yang dikeluarkan seagai ernomor36 (daerah kepentingan)* Untuk kontrol kualitas" semuajumlah otomatis diandingkan terhadap gamar mentah danmenegaskan jika mereka tidak setuju* Count kromosom ;khirgaris kemudian o-erlay pada gamar mentah*

2wo sets o8 counts were generated" and the caseswhere the counts were nonconcordant were re7eEaminedy !4C and .S to determine what the discrepancieswere* 68 an image was deemed too amiguous" 8or eEample"due to o-erlapping chromosomes or pre7metaphasestage" it was discarded* For this study" we applied a highle-el o8 Huality controlYa total o8 #>1 images were eEamined"

with only #?& used in the suseHuent analysis*

!ua set jumlah yang dihasilkan" dan kasus7kasusdimana jumlah yang nonconcordant itu kemali diperiksaoleh !esemer dan .S untuk menentukan apa peredaanitu* ika gamar dianggap terlalu amigu" misalnya"karena tumpang tindih kromosom atau pra7meta8asepanggung" itu diuang* Untuk studi ini" kami menerapkan tinggitingkat kualitas kontrol total #>1 gamar diperiksa"dengan hanya #?& yang digunakan dalam analisis selanjutnya*

Results2h ree separate eEperiments were per8ormed to answerthe 8undamental Huestions we had aout the natureand eEtent o8 genome7si


10/37

locks* ;lthough normally we would strongly ad-isereplication" in this case we wanted to know i8 one measurementwould accurately allow us to assign ploidy le-el(tetraploid" heEaploid" octoploid)" gi-en our 8uture planto sur-ey hundreds o8 plants in our 9 eld eEperiments*

2h e histogram plot o8 the data clearly shows two separate

populations (Fig* #)* 2h ese represent the tetraploidand octoploid genome types* 5o heEaploids were presentin our samples* !escripti-e statistics are presentedy culti-ar in 2ale =* 6n e-ery culti-ar" eEcept one" all#% indi-iduals sampled were the same ploidy* 6n the oneeEception" Ca-e7in73ock" #0 plants were in the octoploidrange plus one was tetraploid (i*e*" miEed ploidy)* ;nanalysis o8 -ariance was per8ormed using the G. procedurein S;S" and con9 rms the o-erwhelming eL ecto8 ploidy on genome si


11/37

kuadrat tengah *

2o 8urther eEamine the diL erences among culti-ars"we tested 8or diL erences among the est linear uniasedestimates o8 the culti-ar means within ploidy" with the lock

eL ect remo-ed* 6n oth ploidy le-els" the two culti-ars withthe smallest genomes signi9 cantly diL ered 8rom their re8erenceculti-ar" Kanlow (tetraploid) or Z+ath9 nder (octoploid)(Fig* =)* 2h e -ariation in genome si


12/37

high7low diL erence was con9 rmed nine times" it wasre-ersed eight times" and in 8our cases the diL erenceetween the high and low plants was less than 1*#" andthus was classi9 ed as not diL erent* 2h ere8ore" it is e-identthat" although , ow cytometry is highly accurate in

assigning ploidy le-el in switchgrass" it is not a reliablemeans o8 detecting 9ner scale genome7si


13/37

Ukuran sampel er-ariasi antara tanaman" tergantung padakualitas dan kuantitas ujung akar diproduksi dan 8rekuensisel mitosis pada meta8ase untuk jumlah akuratdari maksimal kromosom kental* se tanaman 2h ahwamemerikan data jumlah kromosom yang masing7masing erjalan sekali

dalam empat diL erent lok pada aliran cytometer*

2he distriution o8 the entire set o8 chromosomecounts shows an unmistakale pattern: two distinctpopulations corresponding to tetraploids (=n 0% ?&) and octoploids (=n >% @=) (Fig* ?)* /owe-er" the8reHuencies o8 chromosome numer classes within thetwo ploidies are strikingly diL erent" due to ploidy7le-elspeci9 c -ariation in the incidence o8 aneuploidy (2ale0;)* 4Eamining all counts" =?*= o8 those 8rom tetraploidindi-iduals are aneuploid (greater or less than?&)" whereas >&*? o8 those 8rom octoploid plants are aneuploid (greater or less

than @=)* Furthermore" theincidence o8 low (less than the euploid complement) -ersushigh (greater than the euploid complement) is aouteHui-alent in tetraploids* 2h is is clearly not the case inoctoploids" where close to $1 o8 the aneuploid countsare lower than the euploid numer*

!istriusi seluruh set kromosomjumlah menunjukkan pola jelas: dua yang eredapopulasi sesuai dengan tetraploids (=n 0B ?&) dan octoploids (=n >B @=) (Gamar ?)* 5amun"

8rekuensi kelas jumlah kromosom dalamdua ploidies yang mencolok diL erent" karena tingkat ploidic -ariasi spesi9k dalam kejadian aneuploidi (2ael0;)* .eneliti semua penting" =?"= dari mereka dari tetraploidindi-idu aneuploid (esar atau kurang dari?&)" sedangkan >&"? dari mereka dari tanaman octoploid yang aneuploid(leih esar atau kurang dari @=)* Selain itu"kejadian rendah (kurang dari komplemen euploid) diandingkantinggi (leih dari komplemen euploid) adalah sekitarsetara dalam tetraploids* 2h adalah jelas tidak terjadi dioctoploids" di mana hampir $1 dari jumlah aneuploid

leih rendah dari jumlah euploid*

n a within7plant asis" almost all ($?*>) o8 theoctoploid plants had counts that -aried 8rom the euploid tetraploid plants had anycounts that -aried 8rom theeuploid numer o8 ?& chromosomes* ;s a 8urther indicationthat the staility o8 chromosome numers -ariesaccording to ploidy le-el" in more than hal8 o8 theoctoploid plants" all o8 the cells counted were aneuploid"a condition that was not 8ound in tetraploid plants* ;neEample o8 chromosome7numer -ariation within aplant is illustrated in Fig* 0: three mitotic cells 8rom one

Ca-e7in73ock root tip possessed &?" &&" and @= chromosomes*2wo other cells counted 8or this same root tip (not


14/37

pictured) had @# and &? chromosomes*

+ada dasar dalam tanaman" hampir semua ($?">) daritanaman octoploid telah jumlah yang er-ariasi dari tanaman tetraploid

euploid punya jumlah yang er-ariasi darijumlah euploid dari ?& kromosom* Seagai indikasi leih lanjutahwa stailitas nomor kromosom er-ariasisesuai dengan tingkat ploidi" di leih dari setengah daritanaman octoploid" semua sel yang dihitung aneuploid"suatu kondisi yang tidak ditemukan pada tanaman tetraploid* seuahcontoh -ariasi kromosom7nomor dalamtanaman diilustrasikan pada Gamar* 0: tiga sel mitosis dari satuUjung akar7gua7in 3ock memiliki &?" &&" dan @= kromosom*!ua sel7sel lain dihitung ujung akar yang sama (tidak8oto) memiliki @# dan &? kromosom*

2ael ?* ;nalisis ragam switchgrass kulti-arukuran genom" yang diukur dengan ,ow cytometry* tipe 666jumlah kuadrat digunakan dalam analisis* 3= untuk model

1*$%* 2ingkat signi9kansi adalah p [1"111# \\\\" p [1"1# \\*

Table 3. Analysis of variance of switchgrass cultivar

genome size, as measured by ow cytometry. Tye !!!

sums of s"uares used in analysis. R#for the model $

%.&'. (igni)cance levels are p* %.%%%+ - p* %.%+.

Source d8 .S F

Alock 0 1*$1$? ##*%0 \\\\

+loidy # =0$*$#10 ?#@#*#% \\\\

Culti-ar (+loidy) ## 1*=1$$ =*&& \\

4rror #&%


15/37

Figure =* Variation among switchgrass accessions in sur-ey (4Eperiment #): Aest linear uniasedestimates o8 genome siB) kulti-armemperkirakan diandingkan dengan +ath9 nder (\ 1"1% \\ 1"1#)*


16/37

Figure ?* .itotic chromosome counts in metaphase meristematiccells in root tips o8 switchgrass plants* Sample si% @=* (;) Counts 8rom tetraploidplants: mean ] se ?&*1 ] 1*# n %&* (A) Counts 8rom octoploidplants: mean ] se &$*= ] 1*0 n >1*

Gamar ?* umlah kromosom mitosis pada meta8ase meristematiksel dalam akar ujung tanaman switchgrass* Ukuran sampel er-ariasi agiindi-idutanaman* 5omor 4uploid ditunjukkan pada E7sumu: 0B


17/37

?& kromosom" &B %0 >B @=* (;) /itungan dari tetraploidtanaman: rata7rata ] se ?&"1 ] 1"#" n %&* (A) /itungan dari octoploidtanaman: rata7rata ] se &$"= ] 1"0" n >1*

5eEt we con9 rmed the ploidy assignments using, ow cytometry estimates o8 genome siB 1*#$)" con9 rming the results o8 our second eEperiment:, ow cytometry data lack the resolution needed toconsistently detect aneuploids in switchgrass*

Selanjutnya kita menegaskan tugas ploidi menggunakan, ow perkiraan cytometry ukuran genom di awal kamipercoaan dengan memplot erarti ukuran genom diandingkan rata7ratajumlah kromosom untuk satu set =% parik" #1 tetraploidsditamah #% octoploids* Seperti yang diharapkan" kedua -ariael inisangat erkorelasi (3= 1"$>" + [1"1#) (Gamar %)* 5amun"dalam tingkat ploidi" korelasi rendah (3=0B 1"=#3=

>B 1*#$)" kerahasiaan rming hasil percoaan kedua kami:, ow !ata cytometry kekurangan resolusi yang diperlukan untukkonsisten mendeteksi aneuploids di switchgrass*

2h e high degree o8 aneuploidy in octoploids could ean indicator o8 genome instaility in these switchgrassculti-ars* Genome instaility can also aL ect indi-idualchromosome constitutions" causing translocations" in-ersions"and chromosome deri-ati-es to e 8ormed* 2o eginto address the Huestion o8 chromosomal constitution" weper8ormed F6S/ with the r!5; clone p2a@# on selectedtetraploid and octoploid culti-ars* 2h e #>S7=%S r!5;multigene 8amily is arranged as tandem repeats and islocated at the nucleolus organi


18/37

are deri-ed 8rom misalignment o8 the chromosomesrelati-e to the spindle pole and are commonly8ound with aneuploidy* Surprisingly" the ancestral tetraploidstate o8 two pairs o8 telomeric 53 signals is the rareststate detected in octoploids* 2h ese F6S/ data indicatethat octoploid culti-ars ha-e accumulated chromosomal

rearrangements in addition to aneuploidy" indicating thattheir genomes are unstale*

2ingginya tingkat aneuploidi di octoploids isaindikator ketidakstailan genom di switchgrass inikulti-ar * Ketidakstailan genom juga dapat aL dll indi-idukonstitusi kromosom " menyeakan translokasi " in-ersi "dan turunannya kromosom yang akan dientuk * untuk memulaiuntuk menjawa pertanyaan tentang kromosom konstitusi " kita6K;5 dilakukan dengan r!5; clone p2a@# pada dipilih

tetraploid dan octoploid kulti-ar * 2h e #>S 7 =%S r!5;keluarga multigene diatur seagai ulangan tandem danterletak di nucleolus mengorganisir daerah ( 53 ) * semuayang tetraploids dianalisis memiliki dua pasang telomeric 53Sinyal 6K;5 (Gamar & " 2amahan Gamar * # " 2ael % ) * Sealiknya "kami mengamati sejumlah esar -ariasi dalam jumlah "lokasi " dan ukuran 53 6K;5 sinyal dalam octoploids(Gamar @ " 2amahan Gamar * = " 2ael % ) * .isalnya" di sampinguntuk telomeric 53 6K;5 sinyal yang diharapkan " kami jugadiamati sinyal 6K;5 interstitial * !alam semua kulti-ar octoploid

diperiksa " kami melihat kromosom dengan telomeric 53Sinyal 6K;5 di ujung kromosom kedua lengan ( lihat Gamar @ 8 " h " *2ael % ) * Kromosom kedua 2h ese tampakmenjadi isochromosomes " yang er-ariasi jumlahnya dari satu sampaitujuh di antara aksesi dianalisis ( 2ael % ) * 6sochromosomeserasal dari misalignment dari kromosomrelati8 terhadap kutu spindle dan umumnyaditemukan dengan aneuploidy * ;nehnya" tetraploid leluhurkeadaan dua pasang telomeric 53 sinyal adalah yang paling langkanegara terdeteksi dalam octoploids * !ata ini menunjukkan 6K;5ahwa kulti-ar octoploid telah mengumpulkan kromosom

penyusunan ulang selain aneuploidi " menunjukkan ahwagenom mereka tidak stail *


19/37

iscussion3eports o8 -ariale ploidy le-els in switchgrass germplasmaccessions and registered culti-ars ha-e een relati-elycommon in the literature (2ale #) and" indeed" pro-idedthe moti-ation 8or this study* 6n #1 o8 the ## culti-ars we sur-eyed initially" the ploidyle-el we 8ound in our material"ased solely on , ow cytometry estimates" had een 8oundpre-iously (Foresturg was the eEception) (2ale =)* 2h eone culti-ar (Ca-e7in73ock) where we 8ound more thanone ploidy is widely considered a miEedM accession (5arasimhamoorthyet al*" =11>)* Since multiple ploidy le-els arethe trademark o8 upland switchgrass" our results asicallycon9 rmed what we already suspected: one cannot assumethe ploidy o8 a switchgrass plant" especially in the case o8 anupland ecotype" without Huanti8ying it* /owe-er" what wastruly eEtraordinary aout our results was the widespreadoccurrence o8 aneuploidy" which was only re-ealed ycytology* 2h us" we need to amend our pre-ious statement:one cannot assume that a ploidy assignment ased on , owcytometry o8 a switchgrass plant means it possesses theeuploid numer o8 chromosomes" without cytological con9rmation* ; case in point is the miEedM Ca-e7in73ock seed lot that we studied indetail: we detected two ploidy le-elswith , ow cytometry (0% and >%)" ut we suseHuently8ound the 8our octoploid plants eEamined cytologicallyhad mean chromosome numers o8 &&*>" &@*@" @1" and @>*@" re-ealing two le-els o8-ariation in the switchgrass genomethat ha-e een -irtually ignored in recent genetics studies*

diskusi

aporan tingkat ploidi -ariael dalam plasma nut8ah switchgrass

aksesi dan kulti-ar yang terda8tar telah relati8

umum dalam literatur (2ael # ) dan " memang" disediakan

moti-asi untuk penelitian ini* !alam #1 dari ## kulti-ar kami sur-ei

awalnya " tingkat ploidi yang kami temukan dalam ahan kami "

hanya didasarkan pada , ow cytometry perkiraan " telah ditemukanseelumnya ( Foresturg adalah pengecualian ) ( 2ael = ) * th e


20/37

satu kulti-ar ( Ca-e7 in 3ock) di mana kami menemukan leih dari

satu ploidi secara luas dianggap seagai ' campuran ' aksesi

( 5arasimhamoorthy

et al * " =11>) * Sejak eerapa tingkat ploidi yangmerek dagang dari switchgrass dataran tinggi " hasil kami pada dasarnya

kerahasiaan rmed apa yang sudah kita dicurigai : kita tidak isa

erasumsi

yang ploidi dari tanaman switchgrass " terutama dalam kasus

ekotipe dataran tinggi " tanpa mengukur itu * 5amun" apa yang

sungguh luar iasa tentang hasil kami adalah luas

terjadinya aneuploidi " yang hanya diungkapkan oleh

sitologi * 2h kita " kita perlu menguah pernyataan kami seelumnya :

kita tidak isa erasumsi ahwa tugas ploidi erdasarkan , ow

cytometry dari tanaman switchgrass erarti memiliki yang

jumlah euploid kromosom " tanpa sitologi kerahasiaan

rmation * Contoh kasusnya adalah ' campuran ' Gua 7 in 3ock anyak

enih yang kita pelajari secara rinci : kami mendeteksi dua tingkat ploidi

dengan , ow cytometry ( 0B dan >B ) " tapi kami kemudian

menemukan empat parik octoploid diperiksa sitologi

memiliki angka rata7rata kromosom dari &&"> " &@"@ " @1 " dan @>"@ "

mengungkapkan dua tingkat -ariasi dalam genom switchgrass

yang telah hampir diaaikan dalam genetika studi teraru *


21/37

Gamar 0* Variasi jumlah kromosom penting dalam ujung akar tunggalXCa-e76n73ockX* (;) gamar mentah dari acetocarmine ernodakromosom ujung akar menyear dari tiga sel* ;khir penghitungan

kromosom jejak telah disalut (merah)* (A) ;mang gamar yangdihasilkandari gamar mentah (;) digunakan untuk mengotomatisasi penghitungandengan ;nalisis 8ungsi partikel dari 6mage (3asand" =11$)*


22/37

Figure %* .ean genome si@(?=) were =n >% @=" one plant was heEaploid" while therest were aneuploids" with =n &>"@1"@&"@> (Aarnett andCar-er" #$&@)* Furthermore" the authors admitted thatthey may ha-e underestimated the 8reHuency o8 aneuploidy"due to uncertainty in the counts o8 the octoploids*

Kromosom7nomor Variasi


23/37

antara 2anaman: aneuploidy!i awal literatur rumput sitologi" switchgrass adalahsudah mulai mengungkapkan genom sangat er-ariasi nya*!alam seuah studi yang sering dikutip ahwa 9 rst didokumentasikandiploid untuk

duodecaploid kisaran ploidi tingkat dalam spesies (5ielsen"#$00)" empat dari ?0 jumlah kromosom mitosis pada =n yang @=7#1> kisaran dieri lael" 'mungkin jumlah anggota tercantum ]#"=* '!alam salah satu penelitian 9 rst untuk menguji huunganantara ekotipe dan -ariailitas jumlah kromosomdi switchgrass" ditemukan ahwa #= tanaman dataran rendah yangkonsisten =n 0B ?&" sedangkan dari ?@ tanaman dataran tinggi" >@(?=) yang =n >B @=" satu parik adalah heEaploid" sedangkanSisanya adalah aneuploids" dengan =n &>"@1"@&"@> (Aarnett danCar-er" #$&@)* Selanjutnya" para penulis mengakui ahwamereka mungkin telah meremehkan 8rekuensi aneuploidi"karena ketidakpastian dalam jumlah yang octoploids*

Figure &* ; representati-e , uorescent in situ hyridi


24/37

dengan kromosom diwarnai dengan !;+6 (pseudocolored merah)dan dikenakan 6K;5 dengan 53 penyelidikan (pseudocolored hijau)* disana

adalah dua pasang situs F6S/ p2a@# di tetraploids" dan 53 terletakpada telomere (!) (lihat juga 2amahan Gamar #* 2ael %)* untuk

perandingan" (C) menunjukkan kromosom acetocarmine ernodadari !*

Table '. /uclear organization region0 uorescent in situ hybridization 1/2R0!(45 results reveal loidy0seci) c

variation in chromosomal constitution. (ee images in ig. 6, 7- (ul.igures +, #.

2ael %* rganisasi nuklir wilayah7, uorescent in situ hyridi


25/37

switchgrass digamarkan oleh Arunken dan4stes ( #$@%) " yang menemukan &1"$ dari eksklusi8 octoploidpopulasi dataran tinggi adalah aneuploid " dan dalam campuranpenduduk dataran 7 dataran rendah " =&"@ dari octoploids yanganeuploids * 2etraploids " aik dalam dataran rendah monoploid

populasi atau populasi campuran di dataran tinggi " yangselalu euploid * Sangat menarik untuk dicatat ahwa sangat +opulasianeuploid dalam penelitian ini nanti adalah samaahwa +orter ( #$&&) dilaporkan terdiri dari heEaploids danoctoploids * 2h ketidaksepakatan isa diseakan seagianke sumer erent diL data dalam dua studi : meiosisjumlah dari sel7sel iu seruk sari di Arunken dan 4stes( #$@%) studi " seagai lawan dari jumlah mitosis ujung akar diyang (#$&& ) studi +orter * Kami menduga ahwa gamet seruk saripopulasi sel leih tinggi daripada aneuploid mitosis yangpopulasi sel yang ditemukan di ujung akar tanaman yang sudahdan akan menguji hipotesis ini pada populasi lapangan *

Chromosome7numer Variation within +lants(ragile )hromosome SitesVariation in chromosome numer counts within plantscould e eEplained y the eEistence o8 a 8ragile site* Fragilesites are genomic regions that ha-e a tendency to causereaks" constrictions or non7staining gaps within chromosomes*Fragile chromosome sites are -ery commonin humans with o-er #=1 documented sites within thegenome (Auttel et al*" =110)" ut the eEistence o8 8ragile

sites in plants has only recently een disco-ered in*olium spp* (/uang et al*" =11>)* 6n this study" the authorsdetected chromosome counts greater than the euploidnumer in >% o8 root tip spreads" and 8urthermore thatthese increased counts were due to chromosome 8ragmentationoccurring speci9 cally at the 0%S r!5; loci*

2h e causati-e 8eature(s) o8 8ragile sites is still speculati-ealthough there is some e-idence to support that delayed or stalled !5; replication(aird et al*" #$>@ Casper et al*"=11=)" chromatin modi9 cation (CoL ee et al*" =11= Dang"=11&) and chromosome structure (Gericke" #$$$ /uanget al*" =11>) can contriute to 8ragile site estalishment*

Kromosom 7 nomor Variasi dalam 2anamanSitus kromosom FragileVariasi jumlah kromosom penting dalam tanamandapat dijelaskan oleh adanya situs rapuh * rapuhsitus yang daerah genom yang memiliki kecenderungan untukmenyeakanistirahat " konstriksi atau kesenjangan non 7 pewarnaan dalam kromosom *Situs kromosom Fragile sangat umumpada manusia dengan leih dari #=1 situs didokumentasikan dalamgenom ( Auttel et al * " =110) " namun keeradaan rapuh

situs pada tanaman aru7aru ini telah ditemukan diolium spp * ( /uang et al * " =11>) * !alam penelitian ini " penulis


26/37

kromosom terdeteksi menghitung leih esar dari yang euploidangka dalam >% dari ujung akar menyear " dan leih jauh lagi ahwajumlah ini meningkat adalah karena kromosom 8ragmentasiterjadi spesi9k Cally pada lokus 0%S r!5; *2h e 9tur penyea ( s ) dari situs rapuh masih spekulati8

meskipun ada eerapa ukti untuk mendukung ahwa replikasi !5;tertunda atau terhenti ( aird et al " #$>@ * * Casper et al "=11=) " kromatin modi9 kation ( CoL ee et al " =11= * Dang "=11&) dan struktur kromosom ( Gericke " #$$$ /uanget al * " =11>) dapat erkontriusi ke situs pendirian rapuh *

ne interpretation o8 some o8 our data presentedhere is that 8ragile sites are present in switchgrass chromosomes"causing aneuploid counts* Dhile there is somecircumstantial support 8or this" we elie-e it is unlikelythat our aneuploid chromosome counts in switchgrass

are due to 8ragile sites as documented in *olium spp*(/uang et al*" =11>) 8or se-eral reasons* First" 8ragilesites produce only increased chromosome counts" andalthough we do see counts greater than euploid in ourdata set" most o8 our counts are lower than the euploidcount* Second" isochromosomes are a common 8eature o8octoploid switchgrass" yet 8ragile sites are not known togenerate them in -itro* 2h ird" among clones o8 the sameculti-ar" we see -ariale numers o8 isochromosomes(see DS>U in 2ale %)" suggesting that non7identicalerrors in segregation are still occurring in -i-o* Fourth" itis unclear i8 8ragile sites are indeed 8ragile in -i-o as well

as in -itro* astly" the 0%S r!5; has ne-er een reportedto e a 8ragile site in other plants" suggesting that the0%S r!5; regions in *olium spp* ha-e uniHue diL erencesthat produce the 8ragile sites in these species* 6nconclusion" although we cannot de9 niti-ely discount theeEistence o8 8ragile chromosome sites in switchgrass" weelie-e that our data do not support this hypothesis

Salah satu interpretasi dari eerapa data yang kami disajikandi sini adalah ahwa situs rapuh hadir dalam kromosom switchgrass "menyeakan jumlah aneuploid * .eskipun ada eerapadukungan mendalam untuk ini " kami percaya itu tidak mungkin

ahwa kromosom aneuploid kami menghitung di switchgrassadalah karena situs rapuh seperti yang didokumentasikan dalam oliumspp *( /uang et al * " =11>) karena eerapa alasan * +ertama " rapuhsitus hanya menghasilkan peningkatan jumlah kromosom " danmeskipun kita melihat jumlah yang leih esar dari euploid di kamiset data" seagian esar jumlah kami leih rendah dari yang euploidmenghitung * Kedua " isochromosomes adalah 9tur umum darioctoploid switchgrass " situs namun rapuh tidak diketahuimenghasilkan mereka in -itro * 6rd 2h " antara klon yang samakulti-ar " kita melihat jumlah -ariael isochromosomes( lihat DS>U pada 2ael % ) " menunjukkan ahwa non 7 identik


27/37

kesalahan dalam segregasi masih terjadi in -i-o * Keempat"jelas apakah situs rapuh memang rapuh in -i-o sertaseagai in -itro * 2erakhir" 0%S r!5; elum pernah dilaporkanmenjadi situs rapuh pada tanaman lain " menunjukkan ahwa0%S r!5; daerah di olium spp * memiliki peredaan7peredaan yang unik

diLyang menghasilkan situs rapuh dalam spesies ini * diKesimpulannya" meskipun kita tidak isa de9 niti-ely diskonKeeradaan situs kromosom yang rapuh di switchgrass " kitapercaya ahwa data kami tidak mendukung hipotesis ini

+osaicism;lthough mosaicism is usually associated with plant cellcultures (arkin and Scowcro8t " #$>#)" there is ample e-idencethat it is a common phenomenon in grasses (/uskinsand Smith" #$?= Church" #$01 Sachs" #$%= Datanae"

#$&= 2h omas and +eregrine" #$&0 5ielsen" #$&> a-ania"#$>@ Aurner and egendre" #$$?)* Aased on reports o8 mosaicism in root tipsa-ailale at the time" Church (#$01)proposed that through this mechanism" autopolyploidscould e produced -egetati-ely* 2h e 9 rst report o8 mosaicsin upland switchgrass roots (cells with chromosome countso8 %0" @=" $1 in two root tips and %0" $1" #1> in one root tip)came much later (+orter" #$&&)* 2h e chromosome7count-ariation we oser-ed could e attriuted to mosaicismhowe-er" more data are needed to uneHui-ocally support itsoccurrence in switchgrass* .osaicism is still a largely uneEplored"ut potentially widespread" condition in polyploids

in natural populations* 2h e phenomenon o8 mitotic 9 delityin allopolyploids has een eEamined in detail only recently"in the model genusrabidopsis" where mosaicism was8ound to e pre-alent in two tetraploids". suecica and.arenosa* /owe-er" stale and no-el cytotypes with chromosomenumers other than euploid ha-e yet to e disco-ered(Dright et al*" =11$)

mosaicism.eskipun mosaicism iasanya dikaitkan dengan sel tumuhanudaya ( arkin dan Scowcro8t " #$>#) " ada anyak ukti

ahwa itu adalah 8enomena umum di rumput ( /uskinsdan Smith " #$?= Church " #$01" Sachs " #$%= Datanae "#$&= 2h omas dan +eregrine " #$&0 5ielsen " #$&> a-ania "#$>@ Aurner dan egendre " #$$?) * Aerdasarkan laporan dari mosaicismdi ujung akar yang tersedia pada saat itu " Gereja (#$01 )mengusulkan ahwa melalui mekanisme ini " autopolyploidsisa diproduksi secara -egetati8 * 2h e laporan rst 9 mosaikdi akar switchgrass dataran tinggi ( sel dengan jumlah kromosomdari %0 " @= " $1 dalam dua ujung akar dan %0 " $1 " #1> dalam satu ujungakar )datang jauh kemudian ( +orter " #$&&) * 2h e kromosom 7 hitungVariasi kami mengamati dapat dikaitkan dengan mosaicism 5amun " leih anyak data yang diperlukan untuk mendukung tegas nya


28/37

kejadian di switchgrass * .osaicism masih seagian esar elumdiselidiki "tetapi erpotensi meluas " kondisi polyploidsdalam populasi alami * 4 8enomena 2h dari mitosis 9 delitydi allopolyploids telah diperiksa secara detail aru7aru "

dalam model genus ;raidopsis " di mana mosaicism adalahditemukan terjadi di dua tetraploids " ;* suecica dan ;*arenosa * Cytotypes 5amun" stail dan no-el dengan kromosomnomor selain euploid elum ditemukan( Dright et al * " =11$ )

Figure @* ; representati-e , uorescent in situ hyridiB @=)

dan diwarnai dengan acetocarmine* (A) Sel yang sama seperti pada(;) dengan kromosom diwarnai dengan !;+6 (pseudocolored merah) dandikenakan 6K;5 dengan 53 penyelidikan (pseudocolored hijau)*;da tiga jenis situs F6S/ p2a@# di octoploids (lihat juga 2amahan Gamar=" 2ael %*): (F) interstitial (terletak di antarasentromer dan telomer)" (G) pada kedua telomeres pada isochromosome"dan (/) telomeric* Seagai perandingan" (A)" (C)" dan (!) menunjukkankromosom acetocarmine ernoda dari (F)" (G)" dan (/)" masing7masing

2he 3oad to Genome StailitySpeciation in plants o8t en occurs a8t er gloal changes tothe genome" such as polyploidi


29/37

(as re-iewed y /egarty and /iscock O=11@Q and Soel etal* O=1#1Q)* Aoth types o8 gloal genomic change induceinstaility into a genome" therey causing changes in geneeEpression" meiotic pairing disorders" and altered de-elopmentalpatterns (/egarty et al*" =11>)* Sur-i-al o8 the plantreHuires some measure o8 genome staili)* For eEample" modern mai)* .isalnya" jagung modern yang akantidak ada hari itu tidak pernah untuk diploidi


30/37

dosis gen dari kromosom tunggal ke atau dari euploid yanggenom ( Airchler et al " =11# * Fodde dan Smits " =11=Airchler " =1#1 ) * ;neuploidi diseakan oleh kesalahan segregasidan nondisjunction selama pemelahan sel melalui meiosis dan Tatau mitosis * Aeerapa jenis kesalahan segregasi menghasilkan

istirahat kromosom dan penyusunan ulang ( Gri^ n " #$$&) "yang dapat menyeakan spesiasi ( 3amsey dan Schemske "#$$>) * !i sini kita menggunakan r!5; seagai proe 6K;5 untukmenunjukkan ahwa "tidak hanya ada penyusunan ulang struktural dalam octoploids "tetapi si8at dan jumlah penyusunan ulang diL er olehindi-idual diperiksa * 2h adalah kontras dengan kurangnyapenyusunan ulang kromosom pada tetraploids " di mana aneuploidirendah * 2idak seperti translokasi timal alik yang menghasilkansekali tidak rugi ersih ahan genic antara sel anak "aneuploidi akan selalu menyajikan distriusi genic tidak seimang *4 kehadiran 2h kromosom ekstra atau hilang "atau segmen " seperti dalam kasus isochromosomes " telahterukti dapat menyeakan peruahan dalam metilasi !5; pada kankersel ( .at


31/37

Fakta ahwa kawanan terseut condong ke _ akhir @E darikur-a menunjukkan ahwa heEaploids dapat diproduksi melaluioctoploid penurunan " dengan demikian meningkatkan stailitasgenom * 2h eoretically " heEaploids isa diproduksimelalui intermating antara tetraploid dan octoploid " tapi

sistem post8ertili" and $ (.artel et al*" #$$@)* 2h e genome o8 modernsugarcane culti-ars is characteriB " tetapi jumlah kromosom dasar er-ariasi dari E % "@ " > " dan $ ( .artel et al * " #$$@) * 2h e genom modernkulti-ar teu ditandai dengan kedua tingkat ploidi tinggidan aneuploidi ( Gri-et dan ;rruda " =11# ) " dua 9tureragi dengan switchgrass * Selain itu" negara7negara ploidi tinggidapat memerikan ' penggemar genetik er ' untuk aneuploidi *Aerdasarkan/asil yang disajikan di sini " kami merekomendasikan ahwa , ow

cytometryselalu diarengi dengan metode untuk menentukan kromosom


32/37

jumlah dalam sampel indi-idu dari seluruh yangeragai ukuran genom yang ditemukan dalam populasi yang diteliti "seagai praktek standar untuk karakteristik dan switchgrasspolyploid kulti-ar rumput aadi lainnya di masa depan plasma nut8ahkarakterisasi dan peternakan proyek *

+henotypic ConseHuences o8 ;neuploidy+olyploidy and aneuploidy are usually deleterious toanimals" causing the kind o8 genomic instaility associatedwith in8ertility" tumor 8ormation" disease susceptiilityand lethality (.at 2orres et al*" =11>)* /owe-er" in plants" polyploidyis present in nearly >1 o8 all li-ing plants" and nearly#11 o8 all plant lineages ha-e undergone a paleopolyploidye-ent in their history (tto and Dhitton" =111Alanc and Dol8e" =110)* 3ecent studies on aneuploidyin plants ha-e shown that it can occur without serious

detriment to the plant" and can sometimes e-en enhancephenotypes (/enry et al*" =11% /enry et al*" =11@ /uanget al*" =11>)* !etection and Huanti9 cation o8 the eL ects o8these phenomena are clearly critical to any studies o8 thegenetic asis o8 phenotypic traits in switchgrass" as wellas its 8uture as the primary io8eedstock 8or the io8uelsindustry* 6n a prescient comment in the germplasm registrationo8 KJ #&=% switchgrass" /enry and 2aylor (#$>$)noted" ;pparently" oth polyploidy and aneuploidy `may e present in this germplasm* 2h is -ariaility inchromosome numer may account in part 8or the poor-iale seed set*M ;ll aspects o8 the li8e cycle o8 switchgrass

are likely to e aL ected y genome si) * * 5amun" dalam tanaman " poliploidihadir di hampir >1 dari semua tanaman hidup " dan hampir#11 dari semua garis keturunan tanaman telah mengalamipaleopolyploidy a

acara dalam sejarah mereka ( tto dan Dhitton " =111Alanc dan Dol8e " =110) * +enelitian teraru pada aneuploidypada tanaman telah menunjukkan ahwa hal itu dapat terjadi tanpa seriuskerugian agi tanaman " dan kadang7kadang ahkan dapat meningkatkan8enotipe ( /enry et al " =11% * /enry et al " =11@ * /uanget al * " =11>) * !eteksi dan Huanti9 kation dari project eL dari8enomena ini jelas penting untuk setiap studi tentangdasar genetik dari si8at 8enotip pada switchgrass " sertaseagai masa depannya seagai io8eedstock utama untuk io8uelindustri * !alam komentar terus mata dalam penda8taran plasma nut8ah

KJ #&=% switchgrass " /enry dan 2aylor ( #$>$)


33/37

mencatat " ' 3upanya " aik poliploidi dan aneuploidi *** mungkin adadalam plasma nut8ah ini * 2h adalah -ariailitas dalamjumlah kromosom dapat menjelaskan seagian untuk orang miskinlayak set enih * ' Semua aspek dari siklus hidup switchgrasskemungkinan akan aL ected dengan ukuran genom dan struktur *

2he sugarcane species and hyrid compleE (genusSaccharum) are perhaps the most genetically compleEcrop taEa in the world* 6nterspeci9 c hyridi)* 3apid ad-ances in the reeding o8polyploid io8uel 8eedstocks" ased on the moleculargeneticdissection o8 iomass characteristics and yield"will e predicated on the continual impro-ement o8 ourunderstanding o8 the cytogenetics o8 these species*

Spesies teu dan kompleks hyrid ( genusSaccharum ) mungkin adalah yang paling genetik kompleks

taksa tanaman di dunia* 6nterspeci9 c hiridisasi " meiosispenyimpangan " multiple " tingkat ploidi tinggi " aneuploidi "dan kromosom mosaik adalah karakteristikkelompok ini ( Aurner dan egendre " #$$? ;ljanai " #$$>Cuadrado et al * " =110) * 2h e spesies liar " Saccharumspontaneum " menunjukkan paling kemiripan dengan switchgrass "dengan eragai pilihan nomor kromosom =n ( 01 7#=> ) dan aneuploidy merajalela * !alam seuah studi dari enamcytotypesspesies ini " dengan =n 01 " 0= " 00 " %0 " %& " @= " cukupVariasi mor8ologi terdeteksi di antara mereka "yang dikaitkan dengan aik numerik dan struktural


34/37

peredaan7peredaan diL antara kromosom ( .ehra dan Sood "#$@0)* 2h kemungkinan akan menjadi kasus dengan cytotypesswitchgrass *Cuadrado et al * ( =110) menunjukkan ahwa akumulasiperuahan kromosom numerik dan struktural

pada tanaman teu diseakan oleh ketergantungan pada peranyakan-egetati8 "yang memungkinkan untuk ypass dari ' meiosis 9 lter * 'Klon switchgrass aneuploid juga isa ertahan dalampadang rumput melalui pertumuhan -egetati8 kuat dan akhirnyadipilih untuk program pemuliaan * Genetika 2h e teu Tmasyarakat genomik telah mengemangkan satu set eragamsumer daya dan pendekatan pelengkap yang switchgrasspekerja harus meniru di Sitogenetika molekuler( !X /ont " =11%) " pemuliaan ( Aurner dan egendre " #$$0) "kultur jaringan ( 3ajeswari et al * " =11$ ) " dan pemetaan ( eCunL et al * " =11>) * Kemajuan pesat dalam pengemangiakanahan aku io8uel polyploid " erdasarkan moleculargenetic yangdiseksi karakteristik iomassa dan hasil "akan didasarkan pada peraikan terus7menerus kamipemahaman tentang Sitogenetika spesies ini *

;cknowledgmentsFlow cytometry support was pro-ided y 3*G* Getchell" im Smith anda-anya Gowri Sayam* W* Whang and F* Vermeylen ga-e statistical ad-ice*C* 2h omas and K* Goodwin pro-ided greenhouse support* .*;* Gorepro-ided comments on the manuscript* De thank them 8or their contriutions

to this research* 2h is research was 8unded y a United States!epartment o8 4nergy7!epartment o8 ;griculture +lant FeedstockGenomics 8or Aioenergy +rogram grant (!47;#1=71@43&00%0)*

Ucapan 2erima Kasih;rus cytometry dukungan telah dierikan oleh 3*G* Getchell" im Smithdana-anya Gowri Sayam* W* Whang dan F* Vermeylen memeri nasihatstatistik*C* 2h omas dan K* Goodwin memerikan dukungan rumah kaca* .*;* Gorekomentar yang dierikan pada naskah* Kami erterima kasih kepadamereka atas kontriusi merekapenelitian ini* 2h adalah penelitian ini didanai oleh ;merika Serikat!epartemen 4nergi7!inas +ertanian 2anaman FeedstockGenomics +rogram Aioenergi hiah (!47;#1=71@43&00%0)*

3e8erences;ljanai" S*.* #$$>* Genetics" phylogenetics" and comparati-e genetics o8Saccharum *" a polysomic polyploid +oales* ;ndropogoneae* Aiotechnol*;nnu* 3e-* 0:=>%P?#$*;rumuganathan" K*" and 4* 4arle* #$$#* 4stimation o8 nuclear !5; contento8 plants y , ow cytometry* +lant .ol* Aiol* 3ep* $:=#@P==$*Aarker" 3*4*" 3** /aas" 4*2* acoson" and *!* Aerdahl* #$>>* 3egistrationo8 ForesturgM switchgrass* Crop Sci* =>:#$=P#$?*Aarker" 3*4*" 3** /aas" *!* Aerdahl" and 4*2* acoson* #$$1* 3egistration

o8 !acotahM switchgrass* Crop Sci* ?1:##%>*Aarkworth" .*4*" K*.* Capels" S* ong" and .*A* +iep (ed*) =11?* .agnoliophyta:Commelinidae (in part): +oaceae" part =* E8ord Uni-*


35/37

+ress" 5ew Jork*Aarnett" F**" and 3*F* Car-er* #$&@* .eiosis and pollen stainaility inswitchgrass" Panicum virgatum * Crop Sci* @:?1#P?10*Aiosure* =1#1* +roduct !ata Sheet* ;-ailale at https:TTiosure7est*securesites*comTrpagesTcontrols*htm (-eri9 ed & ct* =1#1)* Aiosure"Grass Valley" C;*Airchler" *;* =1#1* 3e, ections on studies o8 gene eEpression in aneuploids*Aiochem* * 0=&:##$P#=?*

Airchler" *;*" U* Ahadra" .*+* Ahadra" and !** ;uger* =11#* !osagedependentgene regulation in multicellular eukaryotes: 6mplications8or dosage compensation" aneuploid syndromes" and Huantitati-etraits* !e-* Aiol* =?0:=@%P=>>*Alanc" G*" and K*/* Dol8e* =110* Didespread paleopolyploidy in modelplant species in8erred 8rom age distriutions o8 duplicate genes*+lant Cell #&:#&&@P#&@>*Arown" D*V* #$0>* ; cytological study in the Gramineae* ;m* * Aot*?%:?>=P?$%*Arunken" *5*" and *3* 4stes* #$@%* Cytological and morphological -ariationin Panicum virgatum * Southwest* 5at* #$:?@$P?>%*Aurner" !*.*" and A** egendre* #$$?* Chromosome transmission andmeiotic staility o8 sugarcane (Saccharum spp*) hyrid deri-ati-es*Crop Sci* ??:&11P&1&*Aurner" !*.*" and A** egendre* #$$0* Cytogenetic and 8ertility characteristicso8 elite sugarcane* Sugar Cane #:&P#1*Auttel" 6*" ;* Fechter" and .* Schwa* =110* Common 8ragile sites andcancer: 2argeted cloning y insertional mutagenesis* ;nn* 5* J*;cad* Sci* #1=>:#0P=@*Casler" .*!*" K*+* Vogel" and ;*C* Aeal* =11&* 3egistration o8 DS0U andDS>U switchgrass germplasms* Crop Sci* 0&:$$>P$$$*Casler" .*!*" K*+* Vogel" C*.* 2alia8erro" 5** 4hlke" *!* Aerdahl" 4*C*Arummer" 3** Kallenach" C*+* Dest" and 3*A* .itchell* =11@*atitudinal and longitudinal adaptation o8 switchgrass populations*Crop Sci* 0@:==0$P==&1*Casper" ;*.*" +* 5ghiem" .*F* ;rlt" and 2*D* Glo-er* =11=* ;23 regulates8ragile site staility* Cell ###:@@$P@>$*Church" G** #$01* CytotaEonomic studies in the Gramineae Spartina";ndropogon" and +anicum* ;m* * Aot* =@:=&?P=@#*CoL ee" A*" F* Whang" S* Ceman" S*2* Darren" and !* 3eines* =11=* /istonemodi9 cations depict an aerrantly heterochromatini:@P@&?*Gaut" A* =11#* +atterns o8 chromosomal duplication in mai* Changes to gene eEpression associated with hyridspeciation in plants: Further insights 8rom transcriptomic studies inSenecio* +hilos* 2rans* 3* Soc* ond* A Aiol* Sci* ?&?:?1%%P?1&$*/egarty" .*" and S* /iscock* =11@* +olyploidy: !ouling up 8or e-olutionarysuccess* Curr* Aiol* #@:3$=@P3$=$*/enry" 6*.*" A*+* !ilkes" and * Comai* =11@* Genetic asis 8or dosage

sensiti-ity inrabidopsis thaliana* +oS Genet* ?:%$?P&1=*

/enry" 6*.*" A*+* !ilkes" K* Joung" A* Datson" /* Du" and * Comai*


36/37

=11%* ;neuploidy and genetic -ariation in the rabidopsis thalianatriploid response* Genetics #@1:#$@$P#$>>*/enry" !*S*" and 2*/* 2aylor* #$>$* 3egistration o8 KJ #&=% switchgrassgermplasm* Crop Sci* =$:#1$&*/opkins" ;*;*" C*.* 2alia8erro" C*!* .urphy" and !*;* Christian* #$$&*Chromosome numer and nuclear !5; content o8 se-eral switchgrasspopulations* Crop Sci* ?&:##$=P##$%*/uang" *" * .a" F* Jang" S*W* Fei" and * i* =11>* 0%S r!5; regions are

chromosome 8ragile sites eEpressed as gaps in -itro on metaphasechromosomes o8 root7tip meristematic cells in olium spp* +oSne ?:e=#&@*/uettel" A*" !*+* Kreil" .* .at@* Fragile sitesin human chromosomes as regions o8 late7replicating !5;* 2rendsGenet* ?:=@0P=>#*arkin" +**" and D*3* Scowcro8t * #$>#* Somaclonal -ariationPa no-elsource o8 -ariaility 8rom cell cultures 8or plant impro-ement*2h eor* ;ppl* Genet* &1:#$@P=#0*a-ania" U*C* #$>@* Chromosomal instaility in lemon grass" )ymbopogon exuosus (Steudel) Dats* Genetica (2h e /ague) @=:=##P=#%*e CunL " *" * Garsmeur" *.* 3aoin" * +auHuet" /* 2elismart" ;*Sel-i" * Gri-et" 3* +hilippe" !* Aegum" .* !eu" * Costet" 3* Ding"*C* Glas*5uclear !5; content and chromosome numers in switchgrass*

Great +lains 3es* >:=&$P=>1*.artel" 4*" !* !e 5ay" S* Siljak7Jako-le-" S* Arown" and ;* Sarr* #$$@*Genome si>:#?$P#0?*.artine11P#>1%*.at* 6ntraplant morphological -ariations in grasses* ;m* *Aot* %%:##&P#==*tto" S*+*" and * Dhitton* =111* +olyploid incidence and e-olution*;nnu* 3e-* Genet* ?0:01#P0?@*

+orter" C** #$&&* ;n analysis o8 -ariation etween upland and lowlandswitchgrass" Panicum virgatum *" in central klahoma* 4cology0@:$>1P$$=*


37/37

3ajeswari" S*" S* 2h irugnanakumar" ;* ;nandan" and .* Krishnamurthi*=11$* Somaclonal -ariation in sugarcane through tissue culture ande-aluation 8or Huantitati-e and Huality traits* 4uphytica #&>:@#P>1*3amsey" *" and !* Schemske* #$$>* +athways" mechanisms" and rateso8 polyploid 8ormation in , owering plants* ;nnu* 3e-* 4col* Syst*=$:0&@P%1#*3asand" D*S* =11$* 6mage* ;-ailale at http:TTrs*in8o*nih*go-TijT (-eri9ed #? ct* =1#1)* U*S* 5ational 6nstitutes o8 /ealth" Aethesda" .!*

3iley" 3*!*" and K*+* Vogel* #$>=* Chromosome numers o8 released culti-arso8 switchgrass" indiangrass" ig luestem" and sand luestem*Crop Sci* ==:#1>=P#1>?*Sachs" * #$%=* Chromosome mosaics in eEperimental amphiploids in the#riticinae* /eredity &:#%@P#@1*S;S 6nstitute* =11=* S;S 8or Dindows* S;S 6nst*" Cary 5C*Sipic* ;neuploidy: Cells losingtheir alance* Genetics #@$:@?@P@0&*2urhollow" ;*F*" */* Cushman" and *D* ohnston* #$>>* /eraceous4nergy Crops +rogram: ;nnual progress report 8or FJ #$>>* ak3idge 5ational aoratoryP&&?$* ak 3idge 5ational a*" ak3idge" 25*Dang" J*/* =11&* Chromatin structure o8 human chromosomal 8ragilesites* Cancer ett* =?=:@1P@>*Datanae" J* #$&=* Chromosome7mosaics oser-ed in a -ariety o8 wheat"Shirahada*M pn* * Genet* ?@:#$0P=1&*Dright" K*.*" *C* +ires" and ;* .adlung* =11$* .itotic instaility inresynthesi

variasi ukuran genom pada switchgrass.doc

Documents