Origin of the allotriploid “Híbrido de Timor” through a karyotype comparison with its Coffea ancestors

Abstract

Entre as espécies Coffea, existe um híbrido natural denominado "Híbrido de Timor" (HT), encontrado na Ilha de Timor em 1927. HT 'CIFC 4106', o qual representa a primeira planta, possui 2n = 3x = 33 cromossomos e valor 1C DNA igual a 1C = 2.10 pg. O número cromossômico, o conteúdo de DNA e evidências geográficas, suportam uma possível origem alotriploide a partir da fusão de uma célula reprodutiva reduzida de Coffea arábica (2n = 4x = 44) com outra célula, também reduzida, de Coffea canephora (2n = 2x = 22). C. arábica, outro alopoliploide pertencente ao gênero, acumula estudos que buscam desvendar seus progenitores. Dados moleculares e cariotípicos sugerem que este alotetraploide verdadeiro seja formado a partir de uma célula reprodutiva reduzida de C. canephora (CC) e C. eugenioides (EE), seguido por um evento de poliploidização. Neste sentido, acredita-se que o genoma de C. arábica seja representado como C a C a E a E a .Com base nas evidências mencionadas, formulamos a seguinte hipótese: o genoma de HT 'CIFC 4106' é CC a E a ? O presente estudo caracterizou citogenicamente C. eugenioides, C. canephora, C. arábica e HT 'CIFC 4106'. A combinação de dados morfométricos, conteúdo de DNA nuclear e cromossômico e hibridização in situ fluorescente (FISH) com rDNA 5S, expandiu o conhecimento sobre a origem evolutiva e a estrutura do genoma de HT 'CIFC 4106'. O cariograma de HT 'CIFC 4106' evidenciou pares e grupos cromossômicos delimitados de acordo com o tamanho total, classes e conteúdos de DNA cromossômicos. Com base nessas características cariotípicas, foi possível inferir a presença de dois genomas idênticos em HT 'CIFC 4106', possivelmente de C. canephora (CC) e um genoma distinto (C. eugenioides, E). Os cromossomos de HT 'CIFC 4106' apresentaram classe, conteúdo de DNA idênticos aos cromossomos de C. eugenioides, C. canephora e C.arabica. Padrões de distribuição de sinais 5S em HT 'CIFC 4106' foram similares aos encontrados nos possíveis progenitores C. eugenioides e C. canephora. Os dados revelados neste estudo corroboram com a hipótese CC a E a do genoma de HT 'CIFC 4106'.Among the Coffea, there is a natural hybrid denominated “Híbrido de Timor” (HT), found on Timor Island in 1927. HT 'CIFC 4106', which represents the first HT plant, possesses 2n = 3x = 33 chromosomes and 1C DNA value equal 1C = 2.10 pg. Chromosomal number, nuclear 1C DNA content and geographical evidences support a possible allotriploid origin from fusion of a reduced reproductive cell of Coffea arabica (2n = 4x = 44) and Coffea canephora (2n = 2x = 22). C. arabica, another allopolyploid, accumulates studies that seek to unravel its progenitors. Molecular and karyotype data suggests that this true allotetraploid was formed from a reduced reproductive cell of C. canephora (CC) and another C. eugenioides (EE) followed by a polyploidization event. In this way, C. arabica genome is represented as C a C a E a E a . Based on this evidences, we formulate the following hypothesis: HT ‘CIFC 4106’ genome is CC a E a ? The present study aimed to cytogenetically characterize C. eugenioides, C. canephora, C. arabica and HT 'CIFC 4106'. The combination of morphometric data, flow and image cytometries and 5S rDNA fluorescente in situ hybridization (FISH) expanded knowledge about the evolutive origin and genome structure of HT ‘CIFC 4106’. HT 'CIFC 4106' karyogram evidenced chromosomes group delimited according to the class and DNA value similar. Based on these karyotype features was possible show the presence of two identical genomes in HT 'CIFC 4106', possibly of C. canephora (CC) and a distinct genome (C. eugenioides, E). HT 'CIFC 4106' chromosomes presented class, DNA content identical to the chromosomes of C. eugenioides, C. canephora and C. arabica. 5S rDNA sites were detected in two HT ‘CIFC 4106’ chromosomes. Distribution patterns of 5S markings found in C. eugenioides and C. canephora revealed in this study corroborate with HT ‘CIFC 4106’ CC a E a genome hypothesis. Thedistribution of the 5S rDNA sites found in three Coffea allied to the chromosomal DNA content and class shows chromosomes similar to C. eugenioides and C. canephora in HT ‘CIFC 4106’. In addition, the data reveal possible structural chromosomal rearrangements along the evolution of HT ‘CIFC 4106’.