Meiotic behavior and DNA content in alloplasmic lines of maize

Abstract

The cytoplasm of Zea mays ssp. mexicana (teosinte) affects several inherited traits when combined with genotypes of maize (Zea mays ssp. mays). The meiotic behavior and the total DNA content of four lines of maize with teosinte cytoplasm were compared with those of the parental lines. The results obtained suggest that the cytoplasm of teosinte promotes an increase in total nuclear DNA content, perhaps through an increase of highly repetitive DNA in the knob zones. The analysis of meiotic behavior indicates that the cytoplasm of teosinte can alter the spatial distribution of the genomes, since two groups of five bivalents each were observed at a high frequency. During prophase I – anaphase I, each group of five bivalents behaves in a slightly asynchronous way with respect to the other group and, moreover, two nucleoli were observed in 10% of the cells. These results suggest that the cytoplasm of teosinte could induce changes affecting genomic structure and function in some maize genotypes. These changes are of potential importance for breeding programs and evolutionary studies.

Le cytoplasme du Zea mays ssp. mexicana (teosinte) affecte plusieurs caractères héréditaires lorsque combiné avec des génotypes de maïs (Zea mays ssp. mays). Le comportement méiotique et le contenu en ADN total de quatre lignées de maïs possédant le cytoplasme du teosinte ont été comparés avec ceux des lignées parentales. Les résultats obtenus suggèrent que le cytoplasme du teosinte favorise un accroissement du contenu en ADN nucléaire total, peut-être par le biais d'une augmentation de la quantité d'ADN fortement répété dans les régions nodulaires. L'analyse du comportement méiotique indique que le cytoplasme du teosinte peut altérer la distribution spatiale des génomes puisque deux groupes de cinq bivalents chacun ont été observés très fréquemment. Durant l'intervalle prophase I – anaphase I, chaque groupe de cinq bivalents était légèrement désynchronisé par rapport à l'autre et, de plus, deux nucléoles ont été observés chez 10% des cellules. Ces résultats suggèrent que le cytoplasme du teosinte pourrait induire chez certains génotypes de maïs des modifications affectant la structure et la fonction du génome. Ces changements sont potentiellement importants en fonction de programmes d'amélioration génétique et d'études sur l'évolution. Mots clés : maïs, teosinte, Zea mays ssp. mexicana, alloplasmie, interaction nucléocytoplasmique, comportement méiotique, contenu en ADN.[Traduit par la rédaction]