The dynamics of genome size and GC contents evolution in genus Nicotiana / A dinâmica do tamanho do genoma e a evolução dos conteúdos de GC no gênero Nicotiana

Abstract Hybridization and Polyploidization are most common of the phenomenon observed in plants, especially in the genus Nicotiana leading to the duplication of genome. Although genomic changes associated with these events has been studied at various levels but the genome size and GC content variation is less understood because of absence of sufficient genomic data. In this study the flow cytometry technique was used to uncover the genome size and GC contents of 46 Nicotiana species and we compared the genomic changes associated with the hybridization events along evolutionary time scale. The genome size among Nicotiana species varied between 3.28 pg and 11.88 pg whereas GC contents varied between 37.22% and 51.25%. The tetraploid species in genus Nicotiana including section Polydiclae, Repandae, Nicotiana, Rustica and Sauveolentes revealed both up and downsizing in their genome sizes when compared to the sum of genomes of their ancestral species. The genome sizes of three homoploid hybrids were found near their ancestral species. Loss of large genome sequence was observed in the evolutionary more aged species (>10 Myr) as compared to the recently evolved one's (<0.2 Myr). The GC contents were found homogenous with a mean difference of 2.46% among the Nicotiana species. It is concluded that genome size change appeared in either direction whereas the GC contents were found more homogenous in genus Nicotiana.

Resumo A hibridização e a poliploidização são os fenômenos mais comuns observados em plantas, principalmente no gênero Nicotiana, levando à duplicação do genoma. Embora as mudanças genômicas associadas a esses eventos tenham sido estudadas em vários níveis, o tamanho do genoma e a variação do conteúdo de GC são menos compreendidos devido à ausência de dados genômicos suficientes. Neste estudo, a técnica de citometria de fluxo foi usada para descobrir o tamanho do genoma e o conteúdo de GC de 46 espécies de Nicotiana, e comparamos as mudanças genômicas associadas aos eventos de hibridização ao longo da escala de tempo evolutiva. O tamanho do genoma entre as espécies de Nicotiana variou entre 3,28 pg e 11,88 pg, enquanto os conteúdos de GC variaram entre 37,22% e 51,25%. As espécies tetraploides do gênero Nicotiana, incluindo as seções Polydiclae, Repandae, Nicotiana, Rustica e Sauveolentes, revelaram aumento e redução do tamanho do genoma quando comparados à soma dos genomas de suas espécies ancestrais. Os tamanhos do genoma de três híbridos homoploides foram encontrados perto de suas espécies ancestrais. A perda da grande sequência do genoma foi observada nas espécies evolutivas mais velhas (> 10 Myr) em comparação com as que evoluíram recentemente (< 0,2 Myr). Os teores de GC foram homogêneos com diferença média de 2,46% entre as espécies de Nicotiana. Conclui-se que a mudança no tamanho do genoma apareceu em ambas as direções, enquanto os conteúdos de GC foram encontrados mais homogêneos no gênero Nicotiana.

The dynamics of genome size and GC contents evolution in genus Nicotiana / A dinâmica do tamanho do genoma e a evolução dos conteúdos de GC no gênero Nicotiana

Hybridization and Polyploidization are most common of the phenomenon observed in plants, especially in the genus Nicotiana leading to the duplication of genome. Although genomic changes associated with these events has been studied at various levels but the genome size and GC content variation is less understood because of absence of sufficient genomic data. In this study the flow cytometry technique was used to uncover the genome size and GC contents of 46 Nicotiana species and we compared the genomic changes associated with the hybridization events along evolutionary time scale. The genome size among Nicotiana species varied between 3.28 pg and 11.88 pg whereas GC contents varied between 37.22% and 51.25%. The tetraploid species in genus Nicotiana including section Polydiclae, Repandae, Nicotiana, Rustica and Sauveolentes revealed both up and downsizing in their genome sizes when compared to the sum of genomes of their ancestral species. The genome sizes of three homoploid hybrids were found near their ancestral species. Loss of large genome sequence was observed in the evolutionary more aged species (>10 Myr) as compared to the recently evolved one’s (<0.2 Myr). The GC contents were found homogenous with a mean difference of 2.46% among the Nicotiana species. It is concluded that genome size change appeared in either direction whereas the GC contents were found more homogenous in genus Nicotiana.

A hibridização e a poliploidização são os fenômenos mais comuns observados em plantas, principalmente no gênero Nicotiana, levando à duplicação do genoma. Embora as mudanças genômicas associadas a esses eventos tenham sido estudadas em vários níveis, o tamanho do genoma e a variação do conteúdo de GC são menos compreendidos devido à ausência de dados genômicos suficientes. Neste estudo, a técnica de citometria de fluxo foi usada para descobrir o tamanho do genoma e o conteúdo de GC de 46 espécies de Nicotiana, e comparamos as mudanças genômicas associadas aos eventos de hibridização ao longo da escala de tempo evolutiva. O tamanho do genoma entre as espécies de Nicotiana variou entre 3,28 pg e 11,88 pg, enquanto os conteúdos de GC variaramentre 37,22% e 51,25%. As espécies tetraploides do gênero Nicotiana, incluindo as seções Polydiclae, Repandae, Nicotiana, Rustica e Sauveolentes, revelaram aumento e redução do tamanho do genoma quando comparados à soma dos genomas de suas espécies ancestrais. Os tamanhos do genoma de três híbridos homoploides foram encontrados perto de suas espécies ancestrais. A perda da grande sequência do genoma foi observada nas espécies evolutivas mais velhas (> 10 Myr) em comparação com as que evoluíram recentemente (< 0,2 Myr). Os teores de GC foram homogêneos com diferença média de 2,46% entre as espécies de Nicotiana. Conclui-se que a mudança no tamanho do genoma apareceu em ambas as direções, enquanto os conteúdos de GC foram encontrados mais homogêneos no gênero Nicotiana.

The dynamics of genome size and GC contents evolution in genus Nicotiana

Abstract Hybridization and Polyploidization are most common of the phenomenon observed in plants, especially in the genus Nicotiana leading to the duplication of genome. Although genomic changes associated with these events has been studied at various levels but the genome size and GC content variation is less understood because of absence of sufficient genomic data. In this study the flow cytometry technique was used to uncover the genome size and GC contents of 46 Nicotiana species and we compared the genomic changes associated with the hybridization events along evolutionary time scale. The genome size among Nicotiana species varied between 3.28 pg and 11.88 pg whereas GC contents varied between 37.22% and 51.25%. The tetraploid species in genus Nicotiana including section Polydiclae, Repandae, Nicotiana, Rustica and Sauveolentes revealed both up and downsizing in their genome sizes when compared to the sum of genomes of their ancestral species. The genome sizes of three homoploid hybrids were found near their ancestral species. Loss of large genome sequence was observed in the evolutionary more aged species (>10 Myr) as compared to the recently evolved ones ( 0.2 Myr). The GC contents were found homogenous with a mean difference of 2.46% among the Nicotiana species. It is concluded that genome size change appeared in either direction whereas the GC contents were found more homogenous in genus Nicotiana.

Resumo A hibridização e a poliploidização são os fenômenos mais comuns observados em plantas, principalmente no gênero Nicotiana, levando à duplicação do genoma. Embora as mudanças genômicas associadas a esses eventos tenham sido estudadas em vários níveis, o tamanho do genoma e a variação do conteúdo de GC são menos compreendidos devido à ausência de dados genômicos suficientes. Neste estudo, a técnica de citometria de fluxo foi usada para descobrir o tamanho do genoma e o conteúdo de GC de 46 espécies de Nicotiana, e comparamos as mudanças genômicas associadas aos eventos de hibridização ao longo da escala de tempo evolutiva. O tamanho do genoma entre as espécies de Nicotiana variou entre 3,28 pg e 11,88 pg, enquanto os conteúdos de GC variaram entre 37,22% e 51,25%. As espécies tetraploides do gênero Nicotiana, incluindo as seções Polydiclae, Repandae, Nicotiana, Rustica e Sauveolentes, revelaram aumento e redução do tamanho do genoma quando comparados à soma dos genomas de suas espécies ancestrais. Os tamanhos do genoma de três híbridos homoploides foram encontrados perto de suas espécies ancestrais. A perda da grande sequência do genoma foi observada nas espécies evolutivas mais velhas (> 10 Myr) em comparação com as que evoluíram recentemente ( 0,2 Myr). Os teores de GC foram homogêneos com diferença média de 2,46% entre as espécies de Nicotiana. Conclui-se que a mudança no tamanho do genoma apareceu em ambas as direções, enquanto os conteúdos de GC foram encontrados mais homogêneos no gênero Nicotiana.