Genomic and Meiotic Changes Accompanying Polyploidization

Abstract

Hybridization and polyploidy have been considered as significant evolutionary forces in adaptation and speciation, especially among plants. Interspecific gene flow generates novel genetic variants adaptable to different environments, but it is also a gene introgression mechanism in crops to increase their agronomical yield. An estimate of 9% of interspecific hybridization has been reported although the frequency varies among taxa. Homoploid hybrid speciation is rare compared to allopolyploidy. Chromosome doubling after hybridization is the result of cellular defects produced mainly during meiosis. Unreduced gametes, which are formed at an average frequency of 2.52% across species, are the result of altered spindle organization or orientation, disturbed kinetochore functioning, abnormal cytokinesis, or loss of any meiotic division. Meiotic changes and their genetic basis, leading to the cytological diploidization of allopolyploids, are just beginning to be understood especially in wheat. However, the nature and mode of action of homoeologous recombination suppressor genes are poorly understood in other allopolyploids. The merger of two independent genomes causes a deep modification of their architecture, gene expression, and molecular interactions leading to the phenotype. We provide an overview of genomic changes and transcriptomic modifications that particularly occur at the early stages of allopolyploid formation

La hibridación y la poliploidía son fenómenos muy importantes en la adaptación y la especiación, especialmente entre las plantas. El flujo genético entre diferentes especies permite generar nuevas variantes genéticas, de manera que los fenómenos de hibridación pueden utilizarse como herramienta para introgresar nuevos genes en los cultivos y de esta manera aumentar su rendimiento agronómico. La hibridación interespecífica generalmente se acompaña de fenómenos de duplicación del número cromosómico (alopoliploidía). Esta duplicación cromosómica es generalmente el resultado de problemas durante la meiosis, la división celular que conduce a la formación de los gametos. La fusión de dos genomas de diferentes especies provoca alteraciones importantes en la organización de los cromosomas, en la expresión génica y en la estequiometría de las proteínas, produciendo cambios drásticos en el fenotipo. En esta revisión proporcionamos una visión global de los problemas meióticos que conducen a la poliploidía, así como de los cambios genómicos y las modificaciones transcriptómicas que ocurren en las primeras etapas de la formación de alopoliploides, las cuales son cruciales para su establecimiento y supervivencia.