B-Chromosome Variability in Plants and Animals under Extreme Environments

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A review of data on B-chromosomes in populations of various systematic groups of plants and animals from their extreme habitats – the borders of the range and areas of the range exposed to unfavorable environmental factors is given. The analysis showed a rather similar picture of the distribution of B chromosomes in species from extreme habitats: there is a tendency to increase the number, occurrence and polymorphism of B chromosomes, which is accompanied by changes in the karyotype, genomic and chromosomal anomalies in their carriers. B chromosomes are often found in species with wide ranges. The possible adaptive role of B chromosomes in the vital activity of the organism and the evolution of genomes is discussed.

About the authors

Yu. M. Borisov

Severtsov Institute of Ecology and Evolution, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: boriss-spb@yandex.ru
Russia, 119071, Moscow

T. S. Sedel’nikova

Sukachev Institute of Forest Siberian Branch of the Russian of Academy Sciences, Federal Research Center Krasnoyarsk Science Center Siberian Branch of the Russian of Academy Sciences

Author for correspondence.
Email: tss@ksc.krasn.ru
Russia, 660036, Krasnoyarsk

References

  1. Rubtsov N.B., Borisov Y.M. Sequence composition and evolution of mammalian B chromosomes // Genes. 2018. V. 9. № 10. P. 490. https://doi.org/10.3390/genes9100490
  2. Camacho J.P.M., Sharbel T.F., Beukeboom L.W. B chromosome evolution // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. 2000. V. 355 (1394). P. 163–178. https://doi.org/10.1098/rstb.2000.0556
  3. Camacho J.P.M. B chromosomes // The Evolution of the Genome / Ed. Gregory T.R. N.Y.: Acad. Press, 2005. P. 223–286.
  4. Jones N. B chromosomes in plants // Plant Biosystems – An Intern. J. Dealing with all Aspects of Plant Biology. 2012. V. 146. № 3. P. 727–737. https://doi.org/10.1080/11263504.2012.713406
  5. Кунах В.А.Додаткові або В-хромосоми рослин. Походження та біологічне значення // Вісник Укр. тов-ва генетиків та селекціонерів. 2010. Т. 8. № 1. С. 99–139.
  6. Houben A., Banaei-Moghaddam A.M., Klemme S. Biology and evolution of B chromosomes // Plant Genome Diversity. V. 2 / Eds Leitch I.J. et al. Springer-Verlag Wien, 2013. P. 149–165. https://doi.org/10.1007/978-3-7091-1160-4_10
  7. Jones N. New species with B-chromosomes discovered since 1980 // Nucleus. 2017. V. 60. P. 263–281. https://doi.org/10.1007/s13237-017-0215-6
  8. Muratova E.N. B-chromosomes in Gymnosperms – A Review // The Intern. J. Plant Reproductive Biol. 2018. V. 10. № 1. P. 14–25. https://doi.org/10.14787/ijprb.2018.10.1.14-25
  9. Борисов Ю.М., Мышлявкина Т.А. В-хромосомы // Успехи соврем. биологии. 2018. Т. 138. № 4. С. 336–351. https://doi.org/10.7868/S0042132418040026
  10. Rastogi S., Ohri D. B-chromosomes in Gymnosperms // Silvae Genetica. 2019. V. 68. № 1. P. 51–54. https://doi.org/10.2478/sg-2019-0009
  11. Vujosevic M., Rajicic M., Blagojevic J. B chromosomes in populations of mammals Revisited // Genes. 2019. V. 9. № 10. P. 487. https://doi.org/10.3390/genes9100487
  12. Jones R.N., Rees H. B Chromosomes. London; N.Y.; Paris: Acad. Press, 1982. 266 p.
  13. Bougourd S.M., Plowman A.B. The inheritance of B chromosomes in Allium schoenoprasum L. // Chromosome Res. 1996. V. 4. № 2. P. 151–158. https://doi.org/10.1007/BF02259709
  14. Bougourd S.M., Jones R.N. B Chromosomes: A physiological enigma // The New Phytologist. 1997. V. 137. № 1. P. 43–54. http://www.jstor.org/stable/2559080
  15. Соловьева Л.В., Плеханова Н.М. О добавочных хромосомах жимолости // Цитология и генетика. 1992. Т. 26. № 3. С. 21–25.
  16. Цитленок С.И., Пулькина С.В. Хромосомный полиморфизм Crepis sibirica (Asteraceae) // Бот. журн. 1991. Т. 76. № 11. С. 1538–1544.
  17. Nkongolo K.K., Deck A., Michael P. Molecular and cytological analysis of Deschampsia cespitosa population from Northern Ontario (Canada) // Genome. 2001. V. 44. № 5. P. 818–825. https://doi.org/10.1139/g01-063
  18. Cardone S., Sawatani P., Rush P. et al. Karyological studies in Deschampsia antarctica Desv. (Poaceae) // Polar Biol. 2008. V. 32. № 3. P. 427–433. https://doi.org/10.1007/s00300-008-0535-8
  19. Parnikoza I., Kozeretska I., Kunakh V. Vascular plants of the maritime Antarctic: origin and adaptation // Am. J. Plant Sciences. 2011. № 3. P. 381–395. https://doi.org/10.4236/ajps.2011.23044
  20. González M.L., Urdampilleta J.D., Fasanella M. et al. Distribution of rDNA and polyploidy in Deschampsia antarctica E. Desv. in Antarctic and Patagonic populations // Polar Biol. 2016. V. 39. P. 1663–1677. https://doi.org/10.4236/ajps.2011.23044
  21. Amosova A.V., Bolsheva N.L., Samatadze T.E. et al. Molecular Cytogenetic Analysis of Deschampsia antarctica Desv. (Poaceae), Maritime Antarctic // PLoS One. 2015. V. 10(9). https://doi.org/10.1371/ journal.pone.0138878
  22. Amosova A.V., Bolsheva N.L., Zoshchuk S.A. et al. Comparative molecular cytogenetic characterization of seven Deschampsia (Poaceae) species // PLoS One. 2017. V. 12(4). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0175760
  23. Bedi Y.S., Gill B.S., Bir S.S. Cytological evolution in the woody taxa of Gamopetalae and Monochlamydeae // J. Cytol. and Genet. 1985. V. 20. P. 162–203.
  24. Moir R.B., Fox D.P. Supernumerary chromosomes in Picea sitchensis (Bong.) Carr. // Silvae Genet. 1972. V. 21. № 5. P. 182–186.
  25. Teoh S.B., Rees H. B-chromosomes in white spruce // Proc. Roy. Soc. London. 1977. V. 198. № 1133. P. 325–344.
  26. Брока М.В. В-хромосомный полиморфизм в природных популяциях Picea obovata Ledeb. // Роль селекции в улучшении латвийских лесов. Рига, 1990. С. 105–117.
  27. Муратова Е.Н. В-хромосомы голосеменных // Успехи соврем. биологии. 2000. Т. 120. № 5. С. 452–465.
  28. Муратова Е.Н., Владимирова О.С. Добавочные хромосомы кариотипа ели сибирской P. obovata // Цитология и генетика. 2001. № 4. С. 38–44.
  29. Карпюк Т.В., Муратова Е.Н., Владимирова О.С., Седельникова Т.С. Кариологический анализ ели Шренка // Лесоведение. 2009. № 1. С. 52–58.
  30. Буторина А.К., Богданова Е.В. Адаптивное значение и возможное происхождение В-хромосом у ели колючей // Цитология. 2001. Т. 43. № 8. С. 809–814.
  31. Владимирова О.С., Муратова Е.Н. Кариологические особенности ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) в условиях антропогенного загрязнения г. Красноярска // Экол. генетика. 2005. Т. III. № 1. С. 18–23.
  32. Седельникова Т.С., Муратова Е.Н., Пименов А.В., Ефремов С.П. Кариологические особенности болотных и суходольных популяций Picea obovata в Западной Сибири // Бот. журн. 2004. Т. 89. № 5. С. 718–733.
  33. Tashev A.N., Sedel’nikova T.S., Pimenov A.V. Supernumerary (B) chromosomes in populations of Picea abies (L.) H. Karst. from Western Rhodopes (Bulgaria) // Cytology and Genetics. 2014. V. 48. № 3. P. 160–165. https://doi.org/10.3103/S0095452714030116
  34. Ташев А.Н., Седельникова Т.С., Пименов А.В. Число хромосом и хромосомные перестройки у ели обыкновенной Picea abies (L.) H. Karst. в лесах Рило-Родопского горного массива в Болгарии // Сиб. лесной журн. 2015. № 5. С. 77–86. https://doi.org/10.15372/SJFS20150506
  35. Kean V.M., Fox D.P., Faulkner R. The accumulation mechanism of the supernumerary (B-) chromosome in Picea sitchensis (Bong.) Carr. and the effect of this chromosome on male and female flowering // Silvae Genetica. 1982. V. 31. № 4. P. 126–131.
  36. Буторина А.К., Мурая Л.С., Исаков Ю.Н. Спонтанный мутагенез у сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.). Первый случай обнаружения мутанта с кольцевой и добавочной хромосомами // ДАН СССР. 1979. Т. 248. № 4. С. 977–979.
  37. Молотков П.И., Кириченко О.И., Бенгус Ю.В. О происхождении “ведьминой метлы” у сосны обыкновенной // Цитология и генетика. 1989. Т. 24. № 4. С. 14–19.
  38. Муратова Е.Н. Добавочные хромосомы у лиственницы Гмелина Larix gmelinii (Rupr.) Rupr. // ДАН СССР. 1991. Т. 318. № 6. С. 1511–1514.
  39. Путенихин В.П., Фарукшина Г.Г., Шигапов З.Х. Лиственница Сукачева на Урале: изменчивость и популяционно-генетическая структура. М.: Наука, 2004. 276 с.
  40. Седельникова Т.С., Пименов А.В., Вараксин Г.С., Янковска В. Числа хромосом некоторых видов хвойных // Бот. журн. 2005. Т. 90. № 10. С. 1611–1612.
  41. Sedel’nikova T.S., Pimenov A.V. Chromosomal mutations in Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) on Taimyr Peninsula // Biol. Bull. Russ. Acad. Sci. 2007. V. 34. № 2. P. 198–201. https://doi.org/10.1134/S1062359007020136
  42. Седельникова Т.С., Пименов А.В. Числа хромосом видов рода Larix (Pinaceae) в лесостепи и лесотундре Средней Сибири // Бот. журн. 2017. Т. 102. № 12. С. 1694–1697.
  43. Седельникова Т.С., Пименов А.В. Числа хромосом форм Larix sibirica (Pinaceae) в Ширинской степи Республики Хакасия // Бот. журн. 2017. Т. 102. № 5. С. 693–697.
  44. Сизых О.А., Квитко О.В., Муратова Е.Н., Тихонова И.В. Формовое разнообразие и кариологические особенности лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) юга Сибири // Хвойные бореальной зоны. 2006. Т. XXIII. № 2. С. 202–211.
  45. Mammal Species of the World: A Taxonomic and Geographic Reference / Eds Wilson D.E., Reeder D.M. 2nd ed. Washington, D.C.: Smithsonian Institution Press, 1993. 1206 p.
  46. Vujosevic M., Blagojevic J. B-chromosomes in populations of mammals // Cytogenet. Genome Res. 2004. V. 106. P. 247–256.
  47. Чернявский Ф.Б., Козловский А.И. Видовой статус и история копытных леммингов (Dicrostonyx, Rodentia) острова Врангеля // Зоол. журн. 1980. Т. LIX. Вып. 2. С. 266–273.
  48. Gileva E.A. The B chromosome system in the varying lemming Dicrostonyx torquatus Pall., 1779 from natural and laboratory populations // Russ. J. Genet. 2004. V.40. № 12. P. 1399–1406. https://doi.org/10.1007/s11177-005-0011-2
  49. Borisov Y.M., Afanas’ev A.G., Lebedev T.T., Bochkarev M.N. Multiplicity of B microchromosomes in a siberian population of mice Apodemus peninsulae (2n = 48 + 4–30 B chromosomes) // Russ. J. Genet. 2010. V. 46. № 6. P. 705–711. https://doi.org/10.1134/S1022795410060116
  50. Borisov Y.M. Increase in the number of the B-chromosomes and variants of their system in mouse Apodemus peninsulae in Mountain Altai population over 26 years // Russ. J. Genet. 2008. V. 44. № 9. P. 1070–1079. https://doi.org/10.1134/S1022795408090093
  51. Borisov Y.M., Zhigarev I.A. B chromosome system in the Korean field mouse Apodemus peninsulae Thomas, 1907 (Rodentia, Muridae) // Genes. 2018. V. 9. № 10. P. 472. https://doi.org/10.3390/genes9100472
  52. Natyaganova A.N., Sitnikova T.Ya. Karyotype of the Baikal amphipod Polyacanthisca calceolata Bazikalova, 1937 (Crustacea, Amphipoda) // Chromosome Science. 2012. V. 15. № 1–2. P. 43–48.
  53. Фролов C.B. Добавочные хромосомы в кариотипе чира // Цитология. 1986. Т. 28. № 2. С. 215–218.
  54. Чубарева Л.А. Хромосомный полиморфизм в природных популяциях кровососущих мошек и некоторых других двукрылых насекомых // Цитология. 1974. Т. 6. № 3. С. 267–280.
  55. Чубарева Л.А., Петрова Н.А. Кариотипы мошек (Diptera, Simulidae) мировой фауны // Энтомол. обозрение. 2003. T. 72. № 1. С. 157–222.
  56. Жиров С.В. Дополнительные хромосомы (В-хромосомы) в кариотипах некоторых видов хирономид из Псковской области // Цитология. 1999. Т. 41. № 1. С. 91–95.
  57. Кикнадзе И.И., Истомина А.Г., Салова Т.А. Функциональная морфология политенных хромосом хирономиды Chironomus pilicornis F. из водоемов криолитозоны // Цитология. 2002. Т. 44. № 1. С. 89–95.
  58. Петрова Н.А., Михайлова П.А. Геномные, хромосомные, хроматидные и хромонемные нарушения у Chironimus bolatonicus (Diptera) из зоны Чернобыля // Генетика. 1994. Т. 30. Приложение. С. 120–121.
  59. Сормачева И.Д., Блинов А.Г. LTR-ретротранспозоны растений // Вавил. журн. генетики и селекции. 2011. Т. 15. № 2. С. 351–381.
  60. Belyayev A., Kalendar R., Brodsky L. et al. Transposable elements in a marginal plant population: Temporal fluctuations provide new insights into genome evolution of wild diploid wheat // Mobile DNA. 2010. V. 1. № 6. https://doi.org/10.1186/1759-8753-1-6
  61. Кунах В.А. Мобiльнi генетичнi елементи i пластичнiсть геному рослин. Кïев: Логос, 2013. 288 с.
  62. Борисов Ю.М. В-хромосомы и пластичность вида // Экол. генетика. 2013. Т. XI. № 2. С. 73–83.
  63. Дементьева П.В. Выявление и характеристика кодирующих последовательностей на В-хромосомах сибирской косули: Дис. … канд. биол. наук. Новосибирск: ФГБУ ИМКБ СО РАН, 2013. 148 с.
  64. Leach C.R., Houben A., Field B. et al. Molecular evidence for transcription of genes on a B chromosome in Crepis capillaris // Genetics. 2005. V. 171. № 1. P. 269–278. https://doi.org/10.1534/genetics.105.043273
  65. Rubtsov N.B., Karamysheva T.V., Andreenkova O.V. et al. Comparative analysis of micro and macro B chromosomes in the Korean field mouse Apodemus peninsulae (Rodentia, Muridae) performed by chromosome microdissection and FISH // Cytogenet. Genome Res. 2004. V. 106. № 2–4. P. 289–294. https://doi.org/10.1159/000079301
  66. Ruiz-Estévez M., López-León M.D., Cabrero J., Camacho J.P. B-chromosome ribosomal DNA is functional in the grasshopper Eyprepocnemis plorans // PLoS One. 2012. V. 7. № 5. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0036600
  67. Miao V.P., Covert S.F., VanEtten H.D. A fungal gene for antibiotic resistance on a dispensable (“B”) chromosome // Science. 1991. V. 254. № 5039. P. 1773–1776. https://doi.org/10.1126/science.1763326
  68. Han Y., Liu X., Benny U. et al. Genes determining pathogenicity to pea are clustered on a supernumerary chromosome in the fungal plant pathogen Nectria haematococca // Plant J. 2001. V. 25. № 3. P. 305–314. https://doi.org/10.1046/j.1365-313x.2001.00969.x
  69. Coleman J.J., Rounsley S.D., Rodriguez-Carres M. et al. The Genome of Nectria haematococca: Contribution of Supernumerary Chromosomes to Gene Expansion // PLoS Genet. 2009. V. 5. № 8. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1000618
  70. Lamatsch D.K., Trifonov V., Schories S. et al. Isolation of a cancer-associated microchromosome in the sperm-dependent parthenogen Poecilia formosa // Cytogenet. Genome Res. 2011. V. 135. P. 135–142. https://doi.org/10.1159/000331271
  71. Yoshida K., Terai Y., Mizoiri S. et al. B chromosomes have a functional effect on female sex determination in Lake Victoria cichlid fishes // PLoS Genet. 2011. V. 7. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1002203
  72. Martis M.M., Klemme S., Banaei-Moghaddam A.M. et al. Selfish supernumerary chromosome reveals its origin as a mosaic of host genome and organellar sequences // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2012. V. 109. P. 13343–13346. https://doi.org/10.1073/pnas.1204237109
  73. Graphodatsky A.S., Kukekova A.V., Yudkin D.V. et al. The proto-oncogene C kit maps to canid B-chromosomes // Chromosome Res. 2005. V. 13. P. 113–122. https://doi.org/10.1007/s10577-005-7474-9
  74. Yudkin D.V., Trifonov V.A., Kukekova A.V. et al. Mapping of KIT adjacent sequences on canid autosomes and B chromosomes // Genome Res. 2007. V. 116. P. 100–103. https://doi.org/10.1159/000097424
  75. Duke Becker S.E., Thomas R., Trifonov V.A. et al. Anchoring the dog to its relatives reveals new evolutionary breakpoints across 11 species of the Canidae and provides new clues for the role of B chromosomes // Chromosome Res. 2011. V. 19. P. 685–670. https://doi.org/10.1007/s10577-011-9233-4
  76. Trifonov V.A., Dementyeva P.V., Larkin D.M. et al. Transcription of a protein-coding gene on B chromosomes of the Siberian roe deer (Capreolus pygargus) // BMC Biol. 2013. V. 11. № 90. https://doi.org/10.1186/1741-7007-11-90
  77. Houben A., Jones N., Martins C., Trifonov V. Evolution, composition and regulation of supernumerary B chromosomes // Genes. 2019. V. 10. № 2. https://doi.org/10.3390/genes10020161
  78. Макунин А.И., Трифонов В.А. Современные методы анализа добавочных хромосом // Цитология. 2013. Т. 55. № 3. С. 148–152.
  79. Макунин А.И. Анализ генетического состава В-хромосом млекопитающих с применением высокопроизводительного секвенирования: Дис. … канд. биол. наук. Новосибирск: ФГБУ ИМКБ СО РАН, 2016. 141 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (841KB)
Indexing metadata
3.

Download (1MB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Ю.М. Борисов, Т.С. Седельникова

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies