Russian Journal of GeneticsRussian Journal of GeneticsГенетика0016-67583034-5103The Russian Academy of Sciences66683510.31857/S0016675823070123QQPAKUКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSearch for Candidate Genes for Mutations Disrupting Synaptonemal Complex Formation in the Sequenced Genome of Rye Secale cerealeПоиск генов-кандидатов для мутаций, нарушающих образование синаптонемного комплекса, в секвенированном геноме ржи Secale cerealeSopovaJ. V.СоповаЮ. В.y.sopova@spbu.ruZykinP. A.ЗыкинП. А.y.sopova@spbu.ruDolmatovichT. V.ДолматовичТ. В.y.sopova@spbu.ruSosnikhinaS. P.СоснихинаС. П.y.sopova@spbu.ruVavilov Institute of General Genetics, Saint-Petersburg BranchСанкт-Петербургский филиал Института общей генетики им. Н.И. ВавиловаSaint-Petersburg State UniversityСанкт-Петербургский государственный университетInstitute of Genetics and Cytology of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут генетики и цитологии Национальной академии наук Беларуси0107202359783984226022025Copyright ©; 2023, Ю.В. Сопова, П.А. Зыкин, Т.В. Долматович, С.П. СоснихинаCopyright ©; 2023, Ю.В. Сопова, П.А. Зыкин, Т.В. Долматович, С.П. Соснихина2023Ю.В. Сопова, П.А. Зыкин, Т.В. Долматович, С.П. СоснихинаЮ.В. Сопова, П.А. Зыкин, Т.В. Долматович, С.П. Соснихинаhttps://transsyst.ru/0016-6758/article/view/666835

The formation of a synaptonemal complex between homologous chromosomes during prophase I of meiosis is of great importance for the normal course of the recombination process. Disturbances in the formation of the synaptonemal complex can lead to both asynapsis (in this case, univalents will be present at the metaphase I stage) and heterologous synapsis (both univalents and multivalents will be detected at the metaphase I stage). Previously, we obtained rye mutants in which no formation of synaptonemal complexes (sy1 and sy9) was observed or the synapsis was heterologous (sy10, sy18 and sy19). We performed a bioinformatics analysis of the annotated rye genome and identified potential candidate genes for each of these mutants. The choice of candidate genes was carried out on the basis of microsatellite mapping data and their comparison with annotated sequences of the rye genome. As a result, the following genes were selected: Mei2-like for the sy1 mutant, MAD2 for the sy9 mutant, BUB3.3 and BUB3.1 for sy10 and sy18, respectively, and Meiosis 5 for sy19.

Формирование синаптонемного комплекса между гомологичными хромосомами во время профазы I мейоза имеет первоочередное значение для нормального протекания процесса рекомбинации. Нарушения в образовании синаптонемного комплекса могут приводить как к асинапсису (при этом на стадии метафазы I будут присутствовать униваленты), так и гетерологичному синапсису (на стадии метафазы I будут выявляться как униваленты, так и мультиваленты). Ранее нами были получены мутанты ржи, у которых не наблюдалось образования синаптонемных комплексов (sy1 и sy9) или синапсис был гетерологичным (sy10, sy18 и sy19). Мы провели биоинформатический анализ аннотированного генома ржи и выявили потенциальные гены-кандидаты для каждого из этих мутантов. Выбор генов-кандидатов осуществляли на основе данных микросателлитного картирования и сопоставления их с аннотированными последовательностями генома ржи. В результате были выбраны следующие гены: Mei2-like для мутанта sy1, MAD2 для мутанта sy9, BUB3.3 и BUB3.1 для sy10 и sy18 соответственно, а также Meiosis 5 для sy19.

Кeywords: ryemeiosissynaptonemal complexmutation mapping.рожьмейозсинаптонемный комплекскартирование мутаций.Rabanus-Wallace M.T., Hackauf B., Mascher M. et al. Chromosome-scale genome assembly provides insights into rye biology, evolution and agronomic potential // Nat. Genet. 2021. V. 53. P. 564–573. https://doi.org/10.1038/s41588-021-00807-0Li G., Wang L., Yang J. et al. A high-quality genome assembly highlights rye genomic characteristics and agronomically important genes // Nat. Genet. 2021. V. 53. P. 574–584. https://doi.org/10.1038/s41588-021-00808-zСоснихина С.П., Михайлова Е.И., Тихолиз О.А. и др. Генетическая коллекция мейотических мутантов ржи Secale cereale L. // Генетика. 2005. Т. 41. № 10. С. 1310–1321.Долматович Т.В., Малышев С.В., Соснихина С.П. и др. Картирование мейотических генов ржи (Secale cereale L.). Локализация мутации sy18, нарушающей гомологичность синапсиса, с использованием микросателлитных маркеров // Генетика. 2013. Т. 49. № 4. С. 472–478. https://doi.org/10.7868/S0016675813040036Долматович, Т.В., Малышев С.В., Соснихина С.П. и др. Картирование мeйотических генов ржи (Secale cereale L.). Локализация мутации sy19, нарушающей гомологичный синапсис, с помощью изозимных и микросателлитных маркеров // Генетика. 2013. Т. 49. № 5. С. 595–601. https://doi.org/10.7868/S0016675813030053Малышев С.В., Долматович Т.В., Войлоков А.В. и др. Молекулярно-генетическое картирование асинаптических генов sy1 и sy9 ржи (Secale cereale L.) с использованием микросателлитных и изозимных маркеров // Генетика. 2009. Т. 45. № 12. С. 1634–1640.Михайлова Е.И., Ловцюс А.В., Соснихина С.П. Некоторые особенности реализации ключевых событий мейоза у ржи и ее синаптических мутантов // Генетика. 2010. Т. 46. № 10. С. 1371–1375.Kaur J., Sebastian J., Siddiqi I. The arabidopsis-mei2-like genes play a role in meiosis and vegetative growth in Arabidopsis // Plant Cell. 2006. V. 18. № 3. P. 545–559. https://doi.org/10.1105/tpc.105.039156Jeffares D.C., Phillips M.J., Moore S. et al. A description of the Mei2-like protein family; structure, phylogenetic distribution and biological context // Dev. Genes Evol. 2004. V. 214. P. 149–158. https://doi.org/10.1007/s00427-004-0384-6Jenkins G., Mikhailova E.I., Langdon T. et al. Strategies for the study of meiosis in rye // Cytogenet. Genome Res. 2005. V. 109. P. 221–227.Mikhailova E.I., Phillips D., Sosnikhina S.P. et al. Molecular assembly of meiotic proteins Asy1 and Zyp1 and pairing promiscuity in rye (Secale cereale L.) and its synaptic mutant sy10 // Genetics. 2006. V. 174. P. 1247–1258.Yu H.G., Muszynski M.G., Kelly Dawe R. The maize homologue of the cell cycle checkpoint protein MAD2 reveals kinetochore substructure and contrasting mitotic and meiotic localization patterns // J. Cell Biol. 1999. V. 145. P. 425–435. https://doi.org/10.1083/jcb.145.3.425Devigne A., Bhalla N. Mad1’s ability to interact with Mad2 is essential to regulate and monitor meiotic synapsis in C. elegans // PLoS Genet. 2021. V. 17. P. e1009598. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009598Prince J.P., Martinez-Perez E. Functions and regulation of meiotic HORMA-domain proteins // Genes. 2022. V. 13. https://doi.org/10.3390/genes13050777Balboni M., Yang C., Komaki S. et al. COMET functions as a PCH2 cofactor in regulating the HORMA domain protein ASY1 // Curr. Biol. 2020. V. 30. № 21. P. 4113–4127. https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.07.089Войлоков А.В., Соснихина С.П., Тихенко Н.Д. и др. Петергофская коллекция ржи и ее использование в генетических исследованиях // Экол. генетика. 2018. Т. 16. № 2. С. 40–49. https://doi.org/10.17816/ecogen16240-49Caillaud M.C., Paganelli L., Lecomte P. et al. Spindle assembly checkpoint protein dynamics reveal conserved and unsuspected roles in plant cell division // PLoS One. 2009. V. 4. № 8. P. e6757. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0006757Bohr T., Nelson C.R., Klee E., Bhalla N. Spindle assembly checkpoint proteins regulate and monitor meiotic synapsis in C. elegans // J. Cell Biol. 2015. V. 211. P. 233–242. https://doi.org/10.1083/jcb.201409035Fraschini R., Beretta A., Sironi L. et al. Bub3 interaction with Mad2, Mad3 and Cdc20 is mediated by WD40 repeats and does not require intact kinetochores // Embo J. 2001. V. 20. P. 6648–6659.Dong C., Thomas S., Becker D. et al. WM5: Isolation and characterisation of a gene expressed during early meiosis and shoot meristem development in wheat // Funct. Plant. Biol. 2005. V. 32. P. 249–258. https://doi.org/10.1071/FP04198