Physical Mapping of haploid-inducing genes in Zea mays L.

Abstract

Cytogenomics in Zea mays L. have been provided physical maps, which gather data from cytogenetics, genetic maps and genome sequencing. Since McClintock's data about the basic chromosome number (x = 10), Z. mays karyotype has been characterized, evidencing the dynamism of its genome. Haploid induction is the initial step to produce double haploid lines, which are genetically homozygous for all loci in up to two generations. Haploid induction is a quantitative trait related to different genes, such as r-navajo (r1), colored plant1 (b1), matrilineal1 (mtl) and membrane protein domain1 (dmp1). The physical loci of these genes are still unknown. We aimed to map the physical loci of the r1, b1, mtl and dmp1 genes related to Z. mays haploid induction. For this, seeds of Z. mays ‘Krasnodar’ haploid inducer and of different genitors were used. We co-hybridizated probes for rDNA 18S + r1, 18S + b1, 18S + mtl, and 18S + dmp1. Two hybridization signals for each gene were identified in five interphase nuclei for all lines. The mapping of these sequences in Z. mays metaphase chromosomes evidenced specific locus for each gene. 18S rDNA is located on chromosome 6 short arm, mtl on chromosome 1 short arm, b1 on chromosome 2 short arm, dmp1 on chromosome 9 short arm, and r1 on chromosome 10 long arm. Due to specific locus, these genes can also be used as chromosome- specific cytogenetic markers for Z. mays and the 18S rDNA. We conclude that the construction of physical maps contributes to understanding the structure and evolution of Z. mays genome, increasing the cytogenomic data about this species. Keywords: Cytogenetics. Double haploid. FISH. Plant breeding. Maize.Abodagens citogenômicas em Zea mays L. fornecem mapas físicos, os quais reúnem dados de citogenética, mapas genéticos e sequenciamento do genoma. Desde os primeiros relatos de McClintock sobre o número básico de cromossomos (x = 10), o cariótipo de Z. mays foi caracterizado, evidenciando também o dinamismo de seu genoma. A indução de indivíduos haploides é o passo inicial para produzir linhagens duplo-haploides. A indução haploide é uma característica quantitativa expressa a partir de diferentes genes, como r-navajo (r1), coloured plant1 (b1), matrilineal1 (mtl) e membrane protein domain1 (dmp1). Apesar do conhecido papel desses genes na indução da haploidia, as localizações físicas no genoma de Z. mays ainda são desconhecidas. Portanto, nosso objetivo foi mapear a localização física dos genes r1, b1, mtl e dmp1 relacionados à indução da haploidia em Z. mays. Sementes de Z. mays de diferentes linhagens de genitores e do indutor ‘Krasnodar haploid inducer’ (KHI) foram usadas para obtenção de núcleos interfásicos e cromossomos metafásicos. As sondas rDNA 18S + r1; 18S + b1; 18S + mtl e 18S + dmp1 foram co-hibridizadas nos núcleos interfásicos e cromossomos metafásicos. Dois sinais de hibridização de cada gene foram identificados em cinco núcleos interfásicos para todos os genótipos. O mapeamento dessas sequências em cromossomos metafásicos de Z. mays evidenciou locus específicos para cada gene. O 18S rDNA está localizado no braço curto do cromossomo 6, mtl está localizado no braço curto do cromossomo 1, b1 no braço curto do cromossomo 2, dmp1 no braço curto do cromossomo 9, e o r1 no braço longo do cromossomo 10. Em virtude do locus específico, esses genes também podem ser usados como marcadores citogenéticos cromossomo-específicos para Z. mays, assim como o 18S rDNA. Concluímos que a construção de mapas físicos contribui para o entendimento da estrutura e evolução do genoma de Z. mays, aumentando os dados citogenômicos sobre esta espécie. Palavras-chave: Citogenética. Duplo haploide. FISH. Melhoramento. Milho.