Ядерно-цитоплазматическая несовместимость у цибридов с ядром Atropa belladonna и пластидами Nicotiana tabacum

Abstract

Мезофильные протопласты нитратредуктазного мутанта табака, N. tabacum, сливали с мезофильными протопластами красавки A. belladonna. В ходе селекции на средах, содержащих нитрат в качестве единственного источника азота, был отобран пестролистный побег, морфологически сходный с красавкой. Из этого клона было регенерировано полностью белое растение (Abw). Цитогенетические (количество и размер хромосом) и биохимические (анализы множественных молекулярных форм амилаз, эстераз и рестриктных фрагментов хлоропластной (хп) ДНК) исследования свидетельствуют о том, что полученное растение является цибридом с пластидами N. tabacum. и ядром A. belladonna. Комплементационные эксперименты, выполненные для выяснения причин хлорофиллдефектности полученного растения, показали, что как ядро, так и пластиды линии Abw генетически нормальны и способны обеспечивать нормальную дифференцировку пластид в хлоропласт в гомологичных комбинациях пластом / геном соответственно. Следовательно, истинной причиной хлорофиллдефектности можно считать полную ядерно-цитоплазматическую несовместимость. В двух дополнительных экспериментах по слиянию протопластов данных видов было отобрано в общем более 40 новых линий хлорофиллдефектных цибридов. Показано, что ядро A. belladonna совместимо с пластидами филогенетически более близкого вида Scopolia carniolica.

Мезофільні протопласти нітратредуктазного мутанта тютюну, N. tabacum, зливали з мезофільними протопластами беладони A. belladonna. У процесі селекції на середовищах, що містять нітрат як єдине джерело азоту, відібрано ряболистий пагон, морфологічно подібний до беладони. З цього клону регенеровано повністю білу рослину (Abw). Цитогенетичні (кількість і розмір хромосом) та біохімічні (аналізи множинних молекулярних форм амілаз, естераз і рестриктних фрагментів хлоропластної (хп) ДНК) дослідження свідчать про те, що отримана рослина є цибридом з пластидами N. tabacum і ядром A. belladonna. Комплементаційні експерименти, виконані для з’ясування причин хлорофілдефектності отриманої рослини, показали, що як ядро, так і пластиди лінії Abw генетично нормальні і здатні забезпечувати нормальне диференціювання пластид у хлоропласт у гомологічних комбінаціях пластом/геном відповідно. Отже, справжньою причиною хлорофілдефектності можна вважати повну ядерно- цитоплазматичну несумісність. У двох додаткових експериментах із злиття протопластів даних видів відібрано загалом понад 40 нових ліній хлорофілдефектних цибридів. Показано, що ядро A. belladonna сумісно з пластидами філогенетично ближчого виду Scopolia carniolica.

Mesophyll protoplasts of the nitrate reductase deficient mutant of tobacco, Nicotiana tabacum NiaSO were fused with mesophyll protoplasts of wild type Atropa belladonna. Selection resulted in regeneration of a variegated shoot with morphology similar to that of Atropa. A fully chlorophyll-deficient Atropa-like plants were regenerated from an individual leaf sector and called Atropa belladonna Abw. Cytogenetic (chromosome number and morphology) and biochemical (analysis of the multiple molecular forms of amylases and esterases, restriction endonuclease analysis of the chloroplast DNA) studies have proved the cybrid nature of these plants; they possess the genome of Atropa and the. plastome of Nicotiana. Genetic complementation experiments were carried out to study the nature of the chlorophyll deficiency of this cybrid. Firstly, mesophyll protoplasts of the plastome chlorophyll-deficient mutant of tobacco A-15 were fused with those of the cybrid under investigation. As a result, green or variegated tobacco plants with chloroplast DNA of Nicotiana were regenerated. Secondly, plastids of Atropa were transferred to A. belladonna Abw by fusion of Abw protoplasts with gamma-irradiated (500 Gy) protoplasts of the cybrid possessing a Nicotiana genome and an Atropa plastome (Kushnir et al., 1987). Fully green plants of Atropa with homologous plastids were regenerated. Numerous independent chlorophyll-free cybrids combining an Atropa genome and Nicotiana were obtained in additional experiment especially developed to select the transfer of tobacco plastids to A. belladonna nucleus. In addition it is shown that the same Atropa genome is compatible with plastome of phylogenetically closely related species Scopolia carniolica. Therefore, it is concluded that plastid DNA of Nicotiana tabacum is unable to support normal plastid differentiation into chloroplasts at the nuclear background of A. belladonna.