Cytogenetics of Chilean land plants (Embryophyta): state-of-the-art and prospects / CItogenética de plantas terrestres Chilenas (Embryophyta): estado del arte y perspectivas

ABSTRACT Chile is located in the south-western region of South America along the Pacific Ocean and contributes to the worldwide flora with ca. 6,120 species of Bryophyta, Pteridophyta, Pinophyta, Gnetophyta, and Magnoliophyta (1.9% of worldwide total species), exhibiting high endemism across all plant divisions. Little is known about the genetic diversity of Chilean land plants worldwide, including their cytogenetic and molecular characteristics. In 2012 we published the first state-of-the-art review in Cytogenetics of Chilean Angiosperms. The article gathered 78 publications from 1924 to 2010 accounting for approximately 139 species (2.8% of total Chilean species). The aim of this paper was to review the advances in cytogenetic studies of Chilean land plants, reporting additional cytogenetic data for species of four botanical divisions until 2020. Cytogenetic data were searched in the CPCD (Chilean Plants Cytogenetic Database). In total, we found 180 publications from both Chilean and foreign researchers. To date, cytogenetic data have been reported for 499 Chilean land plant species (8.2% of total) belonging to 244 genera and 117 families. In this context, the 2001-2020 period has been among the most productive regarding publications, with 74 available reports that include 163 additional species. Based on chromosome numbers, angiosperms and bryophytes registered the greatest diversity with 55 and 29 different 2n, respectively; both divisions having the greatest number of studied species. Given the importance of increasing information on Chilean land plants, it is expected that more publications will contribute to the knowledge of their cytogenetic diversity in the near future.

RESUMEN Chile está ubicado en la región suroeste de América del Sur a lo largo del Océano Pacífico y contribuye a la flora mundial con aproximadamente 6.120 especies de Bryophyta, Pteridophyta, Pinophyta, Gnetophyta y Magnoliophyta (1,9% del total de especies en todo el mundo), que presentan un alto endemismo en todas las divisiones de plantas. Poco se conoce sobre la diversidad genética de las plantas terrestres chilenas en todo el mundo, incluidas sus características citogenéticas y moleculares. En 2012 publicamos la primera revisión sobre el estado del arte en Citogenética de Angiospermas Chilenas. El artículo reunió 78 publicaciones desde 1924 hasta 2010, que representan aproximadamente 139 especies (2,8% del total de especies chilenas). El objetivo de este trabajo fue revisar los avances en estudios citogenéticos de plantas terrestres chilenas, reportando datos citogenéticos adicionales para especies de cuatro divisiones botánicas hasta el 2020. Los datos citogenéticos se buscaron en el CPCD (Base de Datos Citogenéticos de Plantas Chilenas). En total, encontramos 180 publicaciones sobre citogenética de plantas terrestres chilenas, con datos citogenéticos para 499 especies (8,2% del total) pertenecientes a 244 géneros y 117 familias. En este contexto, el período 2001-2020 ha sido uno de los más productivos en cuanto a publicaciones, con 74 artículos disponibles que incluyen 163 especies adicionales. Basado en los números cromosómicos, angiospermas y briófitos registran la mayor diversidad, con 55 y 29 2n diferentes, respectivamente; ambas divisiones tienen también el mayor número de especies estudiadas. Dada la importancia de incrementar la información sobre plantas terrestres chilenas, se espera que más publicaciones contribuyan al conocimiento de su diversidad citogenética en un futuro próximo.

Chromosomic studies in Zephyranthes citrina baker (Amaryllidaceae), a polyploid ornamental / Estudios cromosómicos en Zephyranthes citrina baker (Amaryllidaceae), un poliploide ornamental

ABSTRACT Zephyranthes citrina is an ornamental American bulbous plant used as an ornamental garden crop for the aesthetic qualities of its yellow perigonium. The objective of this work was to characterize the species by classical chromosome staining and fluorochrome banding. A sporophytic chromosome number of 2n=8x=48 chromosomes was observed, being the karyotypic formula 20 m + 26 sm + 2 st. Satellites were detected in the short arm of metacentric chromosomes 8, 9, 11 and 12, which colocalized with constitutive heterochromatin CMA+/DAPI-/0 bands. The karyotype comprised chromosome pairs with terminal constitutive heterochromatin bands that included satellites and heteromorphic clusters indicating that it is an allooctoploid. These results will be used as a tool for monitoring genetic improvement, in interspecific crosses and its progenies and in biotechnological procedures by in vitro culture.

RESUMEN Zephyranhtes citrina es una planta bulbosa americana, ornamental, utilizada en jardines por las cualidades estéticas de su perigonio amarillo. El objetivo de este trabajo fue caracterizar citogenéticamente la especie con tinción clásica convencional y bandeo cromosómico. Se observó un número cromosómico esporofítico de 2n=8x=48, siendo la fórmula cariotípica 20 m + 26 sm + 2st. Se detectaron satélites en el brazo corto de los cromosomas metacéntricos 8, 9, 11 y 12, que co-localizaron con bandas de heterocromatina constitutiva CMA+/DAPI-. El cariotipo comprendió pares de cromosomas con bandas de heterocromatina constitutivas terminales que incluyeron satélites y grupos heteromórficos que indican que es un alooctoploide. Estos resultados serán usados como herramientas en el monitoreo del mejoramiento genético, en análisis de cruzamientos interespecíficos y progenies y en procedimientos biotecnológicos de cultivo in vitro.

First karyotype report on Colocasia oresbia: a comparative cytogenetic study between two varieties / Primer reporte del cariotipo de Colocasia oresbia: un estudio citogenético comparativo entre dos variedades

ABSTRACT Karyotypes of two Colocasia oresbia botanical varieties from Bangladesh were analyzed and compared with orcein, chromomycin A3 (CMA) and 4´-6 diamidino-2-phenylindole (DAPI). Both varieties had 2n=2x=26 chromosomes (karyotypic formula: 20m+6sm) and a pair of satellites each. Total chromosome length was 144.18 ± 2.45 μm in C. oresbia var. oresbia and 133.02 ± 2.75 μm in C. oresbia var. stolonifera. The karyotype of Colocasia oresbia var. oresbia is 2A whereas that of C. oresbia var. stolonifera is 1A. Six CMA and four DAPI bands were observed in C. oresbia var. oresbia and eight CMA and six DAPI bands in C. oresbia var. stolonifera. However, in these two morphologically distinct C. oresbia varieties of two different ecological zones, the same somatic chromosome number, diversification in various karyotypic parameters and CMA/DAPI-banding patterns were observed. In addition to taxonomic characters, the studied karyotype features will contribute to the characterization of these two C. oresbia varieties and to establish a base for future research.

RESUMEN Se analizaron y compararon los cariotipos de dos variedades botánicas de Colocasia oresbia de Bangladesh con orceína, chromomicina A3 (CMA) y 4-6 diamidino-2-phenilindol (DAPI). Ambas variedades presentaron 2n=2x=26 cromosomas (fórmula cariotípica: 20m+6sm) y un par de satélites cada una. La longitud total de cromosomas fue 144,18 ± 2,45 μm en C. oresbia var. oresbia y 133.02 ± 2.75 μm en C. oresbia var. stolonifera. El cariotipo de Colocasia oresbia var. oresbia es 2ª, y 1ª el de C. oresbia var. stolonifera. Se observaron seis bandas CMA y cuatro DAPI en C. oresbia var. oresbia y ocho bandas CMA y seis DAPI en C. oresbia var. stolonifera. Sin embargo, en estas dos variedades morfológicamente distintivas de C. oresbia de dos zonas ecológicas diferentes se observó el mismo número cromosómico somático, diversificación en varios parámetros cariotípicos y en patrones de bandeo CMA/DAPI. En adición a los caracteres taxonómicos, las características de los cariotipos estudiados contribuirán a la caracterización de estas dos variedades de C. oresbia y a establecer una base para futuras investigaciones.

Monosomía 9p24 secundaria a translocación (2; 9) en dos pacientes no relacionadas / Monosomy 9p24 in two non-related patients as result of a translocation (2; 9)

En pacientes con malformaciones congénitas y retraso del desarrollo psicomotor, deben descartarse cromosomopatías. Las más frecuentes son las translocaciones recíprocas balanceadas, presentes en 1:500 recién nacidos vivos. Por lo general, los portadores tienen fenotipo normal, aunque, ocasionalmente, presentan infertilidad, abortos o hijos con malformaciones. La translocación balanceada entre los cromosomas 2 y 9 puede originar descendencia con monosomías y trisomías de estos cromosomas. La monosomía del brazo corto del cromosoma 9 puede presentarse con trigonocefalia, dismorfias faciales, anomalías genitales y retraso del desarrollo psicomotor. En este trabajo, se revisaron las alteraciones de los cromosomas 2 y/o 9 en los cariotipos realizados en nuestra Institución en 2005-2014. Se presentan dos pacientes con monosomía 9p asociada a translocación (2;9). Las pacientes comparten datos de monosomía 9p24-pter; la correlación genotipo-fenotipo es compleja por el tamaño de los segmentos involucrados. Se resalta la importancia del diagnóstico cromosómico para el asesoramiento genético.

In patients with malformations and delayed psychomotor development it is important to discard chromosomopathies. Balanced reciprocal translocations are the most frequent chromosomopathies present in 1:500 live newborns. In general, carriers have normal phenotype, but they may have infertility, abortions or children with congenital malformations. The reciprocal translocation between chromosomes 2 and 9 can lead to offspring with monosomies and trisomies of these chromosomes. Short arm monosomy of chromosome 9 may present delayed psychomotor development, trigonocephaly, facial dysmorphia and genital abnormalities. We reviewed GTG karyotype records from our Institution to identify cases with chromosomes 2 and/or 9 alterations from 2005 to 2014. We describe two cases with monosomy 9p secondary to a translocation between chromosomes 2 and 9. The patients share features of monosomy 9p24-pter, however the genotype-phenotype correlation is complex due to the extension of the involved segments. We emphasize the importance of chromosomal diagnosis to offer genetic assessment.

Utilidad del bandeo cromosómico con la enzima ALU I para la identificación de zonas metiladas en cáncer de mama / Utility of chromosome banding with ALU I enzyme for identifying methylated areas in breast cancer

El cáncer es un conjunto de trastornos que comparten la característica común de un crecimiento celular descontrolado, teniendo la facultad de comenzar en las células, generando dos procesos sucesivos: el aumento de la proliferación celular (tumor o neoplasia) y la capacidad invasiva de estas células, proliferando y colonizando otros tejidos (metástasis). La metilación del DNA es un proceso epigenético que recurrentemente ha sido involucrado como un factor importante en la patogenia de esta enfermedad el cual participa en la regulación de la expresión génica directamente al impedir la unión de factores de trascripción, e indirectamente propiciando la estructura “cerrada” de la cromatina. El objetivo de este trabajo fue determinar regiones hipermetiladas en muestras de extendidos cromosómicos mediante la utilización de la endonucleasa de restricción Alu I y relacionar estas regiones con sitios de localización de genes supresores de tumores relacionados con el cáncer de mama. Se analizaron 60 muestras de sangre periférica de mujeres con diagnóstico de cáncer de mama a las cuales se les realizó cultivo celular; los extendidos cromosómicos fueron teñidos con Giemsa previamente digeridos con la enzima Alu I. Se observaron cromosomas con regiones centroméricas y no centroméricas teñidas en el 37% de los casos, comprobándose que en el 95,46% de los casos existen genes asociados descritos, como metilados en cáncer de mama. Ejemplo de ellos son los localizados en los cromosomas 1q, 2q, 6q, y regiones centroméricas no teñidas usualmente como en los cromosomas 3, 4, 8, 13, 14, 15, y 17. Se sugiere la importancia de esta técnica ya que permite la visualización total del genoma, pudiendo localizar genes metilados relacionados con cáncer de mama y, de esta manera dirigir la terapia de forma específica, logrando una mejor respuesta terapéutica.

Cancer is a group of disorders characterized by uncontrolled cell growth which is produced by two successive events: increased cell proliferation (tumor or neoplasia) and the invasive capacity of these cells (metastasis). DNA methylation is an epigenetic process which has been involved as an important pathogenic factor of cancer. DNA methylation participates in the regulation of gene expression, directly, by preventing the union of transcription factors, and indirectly, by promoting the “closed” structure of the chromatine. The objectives of this study were to identify hypermethyled chromosomal regions through the use of restriction Alu I endonuclease, and to relate cytogenetically these regions with tumor suppressive gene loci. Sixty peripheral blood samples of females with breast cancer were analyzed. Cell cultures were performed and cytogenetic spreads, previously digested with Alu I enzyme, were stained with Giemsa. Chromosomal centromeric and not centromeric regions were stained in 37% of cases. About 96% of stained hypermethyled chromosomal regions (1q, 2q, 6q) were linked with methylated genes associated with breast cancer. In addition, centromeric regions in chromosomes 3, 4, 8, 13, 14, 15 and 17, usually unstained, were found positive to digestion with Alu I enzime and Giemsa staining. We suggest the importance of this technique for the global visualization of the genome which can find methylated genes related to breast cancer, and thus lead to a specific therapy, and therefore a better therapeutic response.

Una saga citogenética: El descubrimiento de los métodos de bandeo cromosómico. Significado y proyección bio-médica / A cytogenetic saga: The discovery of chromosome banding methods. Bio-medical significance and projection

Se exponen, desde una perspectiva histórica y en forma sucinta, los sistemas de identificación de los cromosomas humanos y varios métodos de bandeo cromosómico desarrollados en las últimas cuatro décadas. Se relatan ámbitos y hechos acontecidos -varios de los cuales protagonizó el autor- que originaron la actual moderna citogenética estructural y molecular. Se mencionan, asimismo, algunos aspectos moleculares implícitos en estas metodologías con el propósito de contribuir al esclarecimiento de los variados aspectos revelados por dichos métodos sobre las estructuras cromosómicas subyacentes. Se describen también los procedimientos analíticos desarrollados en nuestro laboratorio para el estudio de núcleos y cromosomas como así los resultados obtenidos sobre el análisis cuantitativo de la región subtelomérica y su probable relación con las aberraciones crípticas, detectadas en dicho segmento cromosómico, productoras de retardo mental y malformaciones congénitas. Finalmente, se realiza un breve relato sobre las aplicaciones del bandeo cromosómico en el proyecto del genoma humano y su posible utilidad en los experimentos de síntesis artificial de núcleos celulares eucarióticos, de particular significado en biología.

Summary Human chromosome identification systems and several chromosome banding methods, developed during the last four decades, are briefly reviewed under a historical perspective. Numerous episodes that built the basis of the present modern structural and molecular citogenetics (the author took part in some of them) are reported. Some molecular aspects related to this methodology are also mentioned, in order to contribute to the understanding of different aspects of the underlying chromosomal structures revealed by these methods. The analytical procedures developed in our laboratory for the study of nuclei and chromosomes, the results of quantitative analysis of the subtelomeric region and its probable relationship with cryptic aberrations detected in this chromosomal segment and responsible for mental retardation and congenital abnormalities, are described. Finally, we also include a brief report about the application of chromosome banding in the Human Genome Project and on its potential usefulness in the development of experiments on the artificial synthesis of eukariotic cell nuclei, of considerable significance in biology, is also included.

Résumé On montre, depuis une perspective historique, les systèmes d'identification des chromosomes humains et plusieurs méthodes de marquage chromosomique développées pendant les quatre dernières décades. On décrit des faits et des circonstances -dont l'auteur a été souvent protago-niste- qui ont été à l'origine de l'actuelle cytogénétique structurale et moléculaire. On fait aussi allusion à quelques aspects moléculaires implicites dans ces méthodologies afin de contribuer à expliquer de divers aspects des structures chromosomiques révélés par ces méthodes. On fait la description des procédés analytiques développés dans notre laboratoire pour l'étude de noyaux et de chromosomes ainsi que les résultats obtenus sur l'analyse quantitative de la région subtelomérique et son rapport avec les aberrations cryptiques repérées dans le segment chromosomique qui sont la cause de retard mental et de malformations congénitales. Finalement, on fait un bref descriptif sur les applications des bandes chromosomiques dans le projet du génome humain et sa possible utilité dans des expériments de synthèse artificielle de noyaux eucaryotes, de grande importance en biologie.