Polyploidy generates beauty: exploration of complex genomes of roses (Rosa L. sect. Caninae (DC.) Ser.)

• Applicant: Dr. Christiane Ritz
• Subject Area: Evolution and Systematics of Plants and Fungi ; Plant Genetics and Genomics
• Term: from 2016 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 282205794

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Allopolyploide Hundsrosen können sich trotz ihres meist ungeraden (fünffachen) Chromosomensatzes mithilfe der einzigartigen Canina-Meiose sexuell fortpflanzen. Dabei wird nur ein Genom über das Pollenkorn aber vier Genome über die Eizelle weitergegeben. Anhand von Analysen repetitiver DNA haben wir die Genomzusammensetzung in Hundsrosen untersucht und Chromosomenmarker entwickelt, die die Unterscheidung der elterlichen Chromosomen in Hundsrosenhybriden erlauben. Wir konnten zytogenetische Techniken in Mitosen und Meiosen von Hundrosen sowohl mit klassischen (rDNA) als auch mit rosenspezifischen (CANR4-Satellit) Chromosomenmarkern etablieren. Die Kombination der verschiedenen Chromosomenmarker erlaubte uns, die paarenden von den nicht-paarenden Chromosomen zu unterscheiden. Wir konnten somit dokumentieren, dass sich in den beiden phylogenetisch getrennten Hundsrosengruppen (Subsekt. Rubigineae und Caninae) jeweils unterschiedliche Genome in der Meiose paaren. Ob Chromosomen an der Paarung in der Meiose teilnehmen oder nicht, beeinflusst auch ihre Struktur: So haben wir auf den nichtpaarenden Chromosomen deutlich mehr und größere Loci des CANR4-Satelliten gefunden. Ribosomale Loci werden in Hybriden nach den Erwartungen der Canina-Meiose additiv vererbt, die Transkription der Loci wird aber vom Canina-Typ aus der Subsect. Caninae dominiert. Im Projekt und darüber hinaus wurden eine Vielzahl von Genom-Skimmingdaten aus Rosen und Rosaceae zusammengetragen, die nun eine vergleichende Analyse des Rosaceae-Repeatoms erlauben. Basierend auf den Ergebnissen dieses Projektes konnten wir ein weiteres DFG/GAČR-Projekt mit dem gleichen Konsortium einwerben, wo anhand von nukleären low copy Genen der Ursprung der Hundsrosen und die allel-spezifische Sequenzevolution auf den homeologen Genomen untersucht wird.

Publications

• (2017) Differential chromosome evolution in two dogrose lineages (Rosa sect. Caninae). In: Geobiodiversity – An Integrative Approach Expanding Humboldt's Vision, 01.-03.10.2017, Frankfurt am Main
  Laudien M, Herklotz V, Ritz CM, Lunerová J, Kovařík, A.
  
• (2017) Insights into genome structure of two pentaploid dogroses harbouring a unique asymmetrical meiotic system. In: XIX International Botanical Congress, Shenzen, China
  Lunerová J, Herklotz V, Laudien M, Ritz CM, Kovařík A
  
• (2018). The fate of ribosomal RNA genes in spontaneous polyploid dogrose hybrids [Rosa L. sect. Caninae (DC.) Ser.] exhibiting non‐symmetrical meiosis. The Plant Journal, 94(1), 77-90
  Herklotz V, Kovařík A, Lunerová J, Lippitsch S, Groth M & Ritz CM
  
• (2019) Distinct 5S rDNA families mark bivalent and univalent chromosomes in pentaploid dogroses (Rosa, section Caninae). In: International Conference on Polyploidy, 11.6-14.6.2019, Ghent, Belgium
  Vozárová R, Lunerová J, Herklotz V, Volkov R, Ritz CM, Kovařík A
  
• (2019) Does restricted recombination influence genome evolution in polyploid dogroses? In: Phylogenetic Symposium 2019, 22.-24.11.2019, Göttingen
  Herklotz V, Lunerová J, Vozárová R, Laudien M, Kovařík A, Ritz CM
  
• (2020). Asymmetrical canina meiosis is accompanied by the expansion of a pericentromeric satellite in nonrecombining univalent chromosomes. Annals of Botany, 125 (7): 1025-1038
  Lunerová J, Herklotz V, Laudien M, Vozárová R, Groth M, Kovařík A & Ritz CM