Determination of nuclear DNA content and ploidy levels of oat (Avena spp.) accessions belongs to different species

Abstract

Genome size is a good metric used in taxonomy and breeding studies for characterization of the genome and determination of evolutionary distances. It is mostly invariable within species; therefore, genome size estimations could be used for species identification and determination of genetic material integrity in germplasm collections. The present study targets verification of genome sizes and ploidy levels of 64 accessions classified in 13 Avena species using flow cytometry. Estimated nuclear DNA content of A. brevis, A. hirtula, A. longiglumus, A. nuda, A. strigosa, A. ventricosa, A. abyssinica, A. barbata, A. murphyi, A. vaviloviana, A. fatua, A. sativa ve A. sterilis accessions in this study ranged between 8.58–26.45 pg/2C. It was found that nuclear DNA contents of the Avena accessions were statistically different, and ploidy levels of accessions are between diploid and hexaploid. Based on the data obtained from the flow cytometry analyses, it was concluded that some accessions were labelled wrongly in the USDA-NSGC collection. Contradicted from the studies in the literature, nuclear DNA content of nine A. brevis accessions were found between 12.21–12.61 pg/2C. Similarly, nuclear DNA content of the sole A. hirtula accession available in the USDA-GRIN system was found as 16.16 pg/2C, which was reported differently in the previous studies.

Keywords

• Avena,Nuclear DNA content,Flowcytometry,Ploidy level

Farklı türlere ait yulaf aksesyonlarının genom büyüklüklerinin belirlenmesi ve ploidi seviyelerinin tespiti

Abstract

Genom büyüklüğü biyoloji, genetik, taksonomi ve evrim çalışmaları için son derece yararlı bir ölçüttür. Bu ölçüt türlere özel olduğundan, tür teşhisine ve gen bankalarında korunan genetik materyalin etiket bilgilerinin hızlı bir şekilde teyit edilebilmesine imkân sağlamaktadır. Bu çalışmada flow sitometri ile 13 farklı Avena türüne ait 64 aksesyonun ortalama genom büyüklüklerinin ve ploidi seviyelerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Analiz edilen A. brevis, A. hirtula, A. longiglumis, A. nuda, A. strigosa, A. ventricosa, A. abyssinica, A. barbata, A. murphyi, A. vaviloviana, A. fatua, A. sativa ve A. sterilis türlerine ait aksesyonların ortalama çekirdek DNA içeriklerinin 8.58 ile 26.54 pg/2C arasında değiştiği belirlenmiştir. Avena aksesyonlarının çekirdek DNA içerikleri arasındaki farklılık istatistiki olarak önemli bulunmuş ve aksesyonların ploidi düzeylerinin diploid ile hekzaploid arasında değiştiği saptanmıştır. Analizlerden elde edilen sonuçlar USDA-NSGC gen bankasında saklanan bu aksesyonlardan bazılarının etiket bilgilerinin doğru olmadığını ortaya çıkarmıştır. Literatürde mevcut çalışmaların sonuçlarından farklı olarak, incelenen dokuz A. brevis aksesyonunun DNA içeriklerinin 12.21–12.61 pg/2C aralığında olduğu tespit edilmiştir. Benzer şekilde, USDA-GRIN sisteminde mevcut tek A. hirtula aksesyonunda daha önce yapılmış çalışmaların aksine çekirdek DNA miktarı 16.16 pg/2C olarak bulunmuştur.

Keywords

• Avena,Çekirdek DNA içeriği,Flowsitometri,Ploidi seviyesi

References

1. Bennett MD, Smith JB (1976) Nuclear DNA amounts in angiosperms. Philos. Trans. R. Soc. B Biol Sci. 274(933): 227-274.
2. Bullen MR, Rees H (1972) Nuclear variation within Avenae. Chromosoma 39(1): 93-100.
3. Dokuyucu T, Peterson DM, Akkaya A (2003) Contents of antioxidant compounds in Turkish Oats: Simple phenolics and avenanthramide concentrations. Cereal Chemistry 80(5): 542-543.
4. Erbaş O (2012) Yulaf (Avenasativa L.) genotiplerinin tarımsal ve bazı kalite özelliklerinin belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Bozok Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yozgat, 1-4.
5. FAOStat (2014) F.A.O. Statistical databases. Food and Agriculture Organization of the United. http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC.
6. Özkan H, Tuna M, Arumuganathan K (2003) Non-additive changes in genome size during allopolyploidization in the wheat (Aegilops-Triticum) group, 94(3):260-4.
7. Iiyama K, Grant WF (1972) A correlation of nuclear DNA content and thin-layer chromatographic patterns in resolving genome relationships in Avena. Can. J. Bot. 50(7): 1529-1545.
8. Kaya M (2010) Medicagosativa sub sp. varia populasyonlarının ploidi seviyesinin flow sitometri yöntemiyle belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Kafkas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kars, 9-11.

9. Loskutov IG (2008) On evolutionary pathways of Avena species. Genetic Resources and Crop Evolution 55(2): 211-220.
10. Ohri D (1998) Genome size variation and plant systematics. Annals of Botany 82: 75-83.
11. Price HJ, Bachmann K (1975) DNA content and evolution in the Microseridinae. Amer. J. Bot. 62, 262 267.
12. Rees H, Walters MR (1965) Nuclear DNA and the evolution of wheat. Heredity 20, Part 1, pp. 73-82.
13. Swift H (1950) The constancy of deoxyribose nucleic acid in plant nuclei. Proc Natl Acad Sci USA. 36(11): 643–654.
14. Şakiroglu M, Brummer EC (2011) Clarifying the ploidy of some accessions in the USDA alfalfa germplasm collection.Turkish Journal of Botany. 35: 509-519.
15. Şakiroglu M, Kaya M (2012) Estimating genome size and confirming ploidy levels of wild tetraploid Alfalfa accessions (Medicago sativa subsp. x varia) using flow cytometry. Turkish Journal of Field Crops 17(2): 151-156.
16. Steel RGD, JH Torrie (1960) Principles and Procedures of Statistics. (With Special Reference to the Biological Sciences.) McGraw-Hill Book Company, New York, Toronto, London.
17. Tuna M, Vogel KP, Arumuganathan K, Gill KS (2001) DNA content and ploidy determination of bromegrass germplasm accessions by flow cytometry. Crop Sci. 41: 1629–1634.
18. Tuna M (2014) Bazı buğdaygil yem bitkisi türlerine ait populasyonların çekirdek DNA içeriklerinin flow sitometri yöntemiyle belirlenmesi ve poidy analizi Ile tür teşhisinde kullanımı. 20.500.11776/2119.
19. Wood M (2001) New oats and barleys, ready for breakfast, brewery, or bran. Agricultural Research, 49(8): 18-19.
20. Yan H, Martin SL, Bekele WA, Latta RG, Diederichsen A, Peng Y, Tinker NA (2016) Genome size variation in the genus Avena. Genome 59(3), pp. 209-220.