Chromosome painting reveals the genomic structure of three polyploid species of Ipomoea

Abstract

Cultivated sweetpotato [Ipomoea batatas (L.) Lam.] from the family Convolvulaceae is a hexaploid species with 2n = 6x = 90 and has been controversial regarding its nature as an autopolyploid arising within a species or an allopolyploid forming between species. Here, we developed oligonucleotide-based painting probes for two chromosomes of I. nil, a model diploid Ipomoea species. Using these probes, we revealed the pairing behavior of homoeologous chromosomes in I. batatas and its two possible polyploid ancestral species, tetraploid I. tabascana (2n = 4x = 60) and hexaploid I. trifida (2n = 6x = 90). Chromosome painting analysis revealed a high percentage of quadrivalent formation in zygotene–pachytene cells of I. tabascana, which supported that I. tabascana was an autotetraploid likely derived by doubling of structurally similar and homologous genomes rather than a hybrid between I. batatas and I. trifida (2x). A high frequency of hexavalent/bivalent and tetravalent pairing was observed in I. trifida (6x) and I. batatas. However, the percentage of hexavalent pairing in I. trifida (6x) was far higher than that in I. batatas. Thus, the present results tend to support that I. trifida (6x) is an autohexaploid, while I. batatas is more likely to be a segmental allohexaploid.

Résumé

La patate douce cultivée [Ipomea batatas (L.) Lam.] appartient à la famille des Convolvulaceae, est une espèce hexaploïde à 2n = 6x = 90 chromosomes. Sa nature exacte demeure controversée à savoir s’il s’agit d’une autopolyploïde dérivée d’une seule espèce ou encore d’une allopolyploïde formée à partir d’espèces distinctes. Dans ce travail, les auteurs ont mis au point des sondes oligonucléotidiques pour colorer deux chromosomes de l’I. nil, une espèce modèle diploïde pour les espèces du genre Ipomea. Au moyen de ces sondes, les auteurs ont révélé l’appariement des chromosomes homéologues chez l’I. batatas et les deux espèces polyploïdes ancestrales possibles, la tétraploïde I. tabascana (2n = 4x = 60) et l’hexaploïde I. trifida (2n = 6x = 90). La coloration des chromosomes a révélé un fort pourcentage de formation de quadrivalents au stade zygotène-pachytène chez les cellules de l’I. tabascana, une observation qui porte à penser que cette espèce est une autotétraploïde vraisemblablement dérivée du doublement de génomes structurellement similaires et homologues plutôt qu’un hybride entre l’I. batatas et l’I. trifida (2x). La fréquence d’hexavalents/bivalents et de tétravalents qui a été observée chez l’I. trifida (6x) était beaucoup plus élevée que chez l’I. batatas. Ainsi, les résultats obtenus tendent à montrer que l’I. trifida (6x) serait un autohexaploïde, tandis que l’I. batatas serait plus vraisemblablement un allohexaploïde segmentaire.

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