Naslov
Citogenetička i molekularnogenetička obilježja prirodnih hibridnih i poliploidnih formi crvenog luka Allium cepa L.
(Cytogenetical and molecular characteristics of common onion (Allium cepa L.) natural, hybrid and polyploid forms)

Autori
Puizina, Jasna

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Prirodoslovno-matematički fakultet

Mjesto
Zagreb

Datum
07.07

Godina
1997

Stranica
140

Mentor
Papeš, Dražena

Ključne riječi
crveni luk; Allium cepa L.; križanci; poliploidi; kromosomi; kariotip; genom; mejoza; genomska hibridizacija
(common onion; Allium cepa L.; hybrids; polyploids; chromosomes; karyotype; genome; meiosis; genomic)

Sažetak
Istraživana su anatomsko-morfološka, citogenetička i molekularna obilježja prirodnih križanaca i poliploida crvenog luka Allium cepa. Dva takva prirodna križanca se tradicionalno kultiviraju na području Južne Hrvatske pod nazivom ljutika: Allium cepa var. viviparum, 2n=2x=16, ("Ljutika talijanka") i Allium cepa var. viviparum, 2n=3x=24, ("Ljutika"). Treći istraživani križanac, Allium cepa var. viviparum, 2n=3x=24, ("Pran"), potječe iz indijske pokrajine Kašmir, gdje se također tradicionalno kultivira. Budući da se pod nazivom ljutika u Hrvatskoj kultivira i specifična forma crvenog luka A. cepa var. ascalonicum, 2n=2x=16, (sinonimi: Allium ascalonicum, A. cepa var. aggregatum) istraživanjima je obuhvaćen i taj oblik luka. Konvencionalnim tehnikama bojenja kromosoma utvrđeno je da ("Ljutika-talijanka"), A. cepa var. viviparum, 2x i ("Ljutika") A. cepa var. viviparum, 3x, posjeduju heterozigotne kariotipove u kojima nije moguće identificirati homologne kromosome ili je homologija među kromosomima vrlo slabo izražena i sporadična. Ti rezultati su ukazali na hibridnu strukturu kariotipa dviju ljutika za razliku od kariotipa ljutike A. cepa var. ascalonicum koji se sastojao od 8 homolognih parova kromosoma te se nije razlikovao od kariotipa običnog luka A. cepa. Analize mejoze potvrdile su takva opažanja. Diploidna i triploidna hibridna ljutika su imale brojne poremećaju u mejozi zbog čega nije bilo moguće formiranje normalnih gameta. U cvatovima tih dviju formi, među sterilnim cvjetovima razvijaju se rasplodne lukovice, bulbili koji omogućavaju vegetativno razmnožavanje. U mejozi triploida najučestalija kromosomska asocijacija su bili heterotrivalenti što upućuje na parcijalnu homologiju triju genoma. Učestalo pojavljivanje složenih multivalenata (4-11 međusobno sparenih kromosoma) ukazuje da su intergenomska sparivanja i složene translokacije bili uključeni u evoluciju kariotipa triploidne "Ljutike". Ljutika A. cepa var. ascalonicum je posjedovala regularnu mejozu ali se unatoč tome razmnožava vegetativno, podzemnim lukovicama. Tehnikom Giemsa C-oprugavanja analizirani su kariotipovi hibridnih ljutika i njihovih hipotetskih roditeljskih vrsta A. cepa i A. fistulosum. Po tri kromosoma biljega tipična za vrste A. cepa i A. fistulosum identificirani su u kariotipu "Ljutike talijanke". Njihov uzorak Giemsa C-oprugavanja je bio nepromijenjen u odnosu na uzorak oprugavanja odgovarajućih kromosoma u roditeljskim vrstama. Primjenom Giemsa C- oprugavanja u triploidnom kariotipu "Ljutike" identificiran je jedan set kromosoma biljega vrste A. cepa te nekoliko kromosoma biljega čija je struktura oprugavanja, iako nalik kromosomima biljezima vrste A. fistulosum, bila nepoznata. Giemsa C-oprugani kariotip ljutike A. cepa var. ascalonicum nije pokazivao razlike u odnosu na C-oprugani kariotip luka A. cepa. Zaključeno je da se u Hrvatskoj nazivom ljutika obilježavaju za tri, fenotipski i genotipski različite, te pretežito tradicionalno kultivirane forme luka A. cepa. Tim formama je zajednička morfološka sličnost s lukom Allium cepa, isključivo vegetativni način razmnožavanja, te posjedovanje jednog (A. cepa var. viviparum, diploid i triploid) ili dva (A. cepa var. ascalonicum) genoma luka A. cepa. Usporedna citogenetska analiza pet, geografski izoliranih klonova, triploidne "Ljutike", pokazala je jedinstvenu, vrlo dobro očuvanu, strukturu kariotipa tog križanca. Tehnikom bojenja srebrom u svih pet klonova identificirana su po dva NOR-a, smještena na dva kraća subtelocentrična kromosoma. Visoko konzervativna molekularna struktura istraživanih klonova triploidne "Ljutike" potvrđena je RAPD tehnikom. Elektroforezom RAPD produkata na gelu agaroze dobiveni su identični uzorci DNA fragmenata u svih pet analiziranih klonova. Isti rezultat dobiven je uporabom16 različitih klica. Podrijetlo genoma u hibridnim kariotipovima "Ljutike talijanke" i "Ljutike" istraživano je primjenom tehnike genomske hibridizacije in situ. Potvrđeno je hibridno (A. cepa x A. fistulosum) podrijetlo diploidne "Ljutike- talijanke". Fluorescentnim bojama obilježene DNA sonde vrsta A. cepa i A. fistulosum hibridzirale svaka sa po 8 kromosoma (jednim genomom) diploidnog hibridnog kariotipa. S kromosomima triploidne "Ljutike" hibridizirale su DNA sonde luka A. cepa i tzv. himalajskog luka A. roylei Stearn, svaka cjelovito obilježavajući po jedan genom (8 kromosoma). DNA sonda luka A. fistulosum nije hibridizirala s kromosomima triploida. Podrijetlo trećeg genoma u triploidnom kariotipu nije razjašnjeno, te se pretpostavlja da pripada nekoj, zasada nepoznatoj Allium vrsti, vjerovatno, bliskom srodniku lukova A. cepa i A. roylei. Za razliku od kromosoma koji potječu od genoma vrste A. cepa, koji su uporabom neobilježene, blokirajuće DNA vrste A. roylei uspješno identificirani, diferenciranje među kromosomima vrste A. roylei Stearn i treće Allium vrste nije bilo moguće, vjerojatno zbog njihove značajne homologije. Unatoč uporabi visokih koncentracija blokirajuće DNA vrste A. cepa, DNA proba vrste A. roylei je cjelovito obilježila 8 kraćih kromosoma ali i telomerne regije većeg broja preostalih kromosoma iz triploidnog kariotipa. Istraživanjima je naknadno obuhvaćen i indijski triploidni luk "Pran", 2n=3x=24. Anatomsko-morfološke sličnosti, vrlo slični konvencionalno i flourokromima obojeni kariogrami, slična količina DNA (2C=43 pg), identičan RAPD uzorak oprugavanja te hibridizacija DNA sonde luka "Pran" na svih 24 kromosoma "Ljutike" su rezultati koji ukazuju na značajnu genetičku sličnost domaćeg triploida "Ljutike" i indijskog "Pran". "Ljutika" i "Pran" su očigledno predstavnici iste, u Evropi ranije nepoznate i još uvijek nepotpuno identificirane, Allium forme. Ta dva prirodna alotriploida su interesantni ne samo zbog složene strukture njihovih genoma, rezultata hibridizacije triju Allium vrsta, već i zbog njihove geografske rasprostranjenosti. Genetička sličnost domaće "Ljutike" i indijskog "Prana" te identifikacija genoma endemične, himalajske Allium vrste u kariotipu triploida, ukazuju da je dalmatinska "Ljutika", vjerojatno u davna vremena, unesena u naše krajeve s područja Centralne Azije i Dalekog Istoka. Pokazano je po prvi put da vrsta A. cepa formira prirodne hibride ne samo s vrstom A. fistulosum, već i s vrstom A. roylei Stearn. Očekuje se da bi rasvjetljivanje pitanja podrijetla trećeg genoma "Ljutike" moglo biti korisno taksonomima i oplemenjivačima bilja. Prema rezultatima analize kariotipa te mjerenja veličine genoma "Ljutike" i "Prana" treći bi genom mogao potjecati od nepoznate Allium vrste, bliskog srodnika ili čak mogućeg preteče luka A. cepa. Iako istraživane forme luka nemaju veći ekonomski značaj, spoznaje stečene proučavanjem organizacije njihovih genoma, te razumijevanje procesa koji su doveli do razvitka tih specifičnih prirodnih oblika, mogu biti korisni u pokušajima oplemenjivanja kultiviranih vrsta lukova, a isto tako u očuvanju biološke raznolikosti biljnih vrsta i njihovih genetičkih fondova.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Biologija

POVEZANOST RADA