Karyogram, genome size and AT/CG base composition in eucalypts (Eucalyptus spp.) by cytogenetic and flow cytometry

Abstract

The genus Eucalyptus represents an extremely successful group of woody plants covering more than 700 species. Besides its importance in the Australian environment, eucalypts are important in the global economy due to their high growth rates, adaptability to various ecological conditions (e.g. elevation, climates, soils) and multiple uses (e.g. raw material, energy wood, timber, pulp and paper). The study of genome contributes to understanding evolutionary aspects of the group and others basic biological processes. A basic understanding of the nature of a given genome requires information regarding the amount of DNA and it should be considered a crucial aspect of any truly comprehensive program of comparative genomic analysis. The present study determinate, as well as revaluate, the size and genomic base composition of 25 Eucalyptus species. Furthermore, this study compared karyotypes of different species by classical and molecular cytogenetic looking for possible chromosomal alterations or chromosomal non-homologous regions correlated with the genome size variation among the species. In the first paper, a cytogenetic protocol was developed to obtain of chromosomes with improved longitudinal resolution. Thus, E. citriodora karyogram was assembly confirming a karyotype with 2n = 22 chromosomes. In the second paper 2C value and base composition were measured for 25 Eucalyptus species. From the genome size differences that range from 2C = 0.91 pg to 2C = 1.37 pg comparative karyological analysis were conducted and no remarkable differences were indentified. In a molecular cytogenetic approach, a genome in situ hybridization experiment was performed and it was not possible discriminate any non- homologous chromosomal regions, between E. baileyana (1.36 pg) and E. citriodora (1.01 pg). The results achieve in the present work corroborate to considerate small and dispersed DNA content changes, possible due transposable elements activity, as the mainly cause of genome size variation in Eucalyptus.

O gênero Eucalyptus é um grupo extremamente bem sucedido de plantas arbóreas, compreendendo mais 700 espécies. Além de sua importância em regiões endêmicas como a Austrália, o eucalipto é importante na economia global devido a sua alta taxa de crescimento, adaptabilidade a várias condições ecológicas (elevação, clima e solo) e uso variado (matéria prima, carvão, fibra, polpa e papel). O estudo do genoma contribui para o entendimento de aspectos evolutivos e outros aspectos biológicos básicos do grupo. O entendimento da natureza de um genoma requer informação sobre o conteúdo de DNA e deveria ser considerada crucial em qualquer programa de análise genômica comparativa. O presente estudo determinou e reavaliou o tamanho do genoma e a composição de bases de 25 espécies de Eucalyptus. Além disso, o estudo comparou cariogramas de diferentes espécies, por citogenética clássica e molecular, em busca de possíveis alterações ou regiões não homólogas nos cromossomos de espécies que apresentavam maior diferença no conteúdo de DNA nuclear. No primeiro artigo, foi desenvolvido um protocolo citogenético para a obtenção de cromossomos com uma melhor resolução longitudinal. Assim, foi possível a montagem do cariograma de E. citriodora com 2n = 22 cromossomos. No segundo artigo, o valor 2C e a relação AT/CG foram estimados para as 25 espécies de Eucalyptus. A partir dos valores do tamanho do genoma os quais variaram entre 2C = 0,91 pg e 2C = 1,37 pg, foi feita uma análise comparativa do cariograma de quatro espécies e nenhuma diferença foi identificada. Em uma abordagem citomolecular, com o uso da hibridização in situ do genoma nenhuma região de não homologia cromossômica foi discriminada entre as espécies E. baileyana (1,36 pg) e E. citriodora (1,01 pg). Os resultados alcançados no presente trabalho corroboram para considerar pequenas alterações do conteúdo de DNA dispersas no genoma, possivelmente provenientes da atividade de elementos transponíveis, como a principal causa da variação do tamanho do genoma em Eucalyptus.