Alls, cebes i porros són exemples ben coneguts de cultius del gènere Allium emprats en alimentació humana. La diversitat del gènere és notable i les formes silvestres tenen també les seves aplicacions (46/2019). Hi ha vora un miler d’espècies descrites dins d’aquest gènere, amb una notable variabilitat en el nombre cromosòmic. Per tractar la diversitat del gènere Allium, hom ha proposat de dividir-lo en seccions. Dins de la secció Codonoprasum hom compta més de 150 espècies. És tot un repte per a sistemàtics com el catedràtic de botànica de la Universitat Palacky d’Olomout, Martin Duchoslav. Les diferències morfològiques són escasses. Moltes poblacions, a més, són poliploides, i la bibliografia sobre nombre cromosòmic i mida genòmica és limitada i no del tot fiable. Per això el grup de recerca de Duchoslav emprengué un estudi cariològic i de citometria de flux per a Allium sect. Codonoprasum, els resultats del qual apareixen ara a la revista Botanical Studies en forma d’un article, amb Lucie Kobrlová com a primera autora. Ofereixen dades sobre nombre cromosòmic, freqüència i distribució de poliploïdies i mida genòmica per tota una sèrie de membres de la secció.
Kobrlová et al. han estudiat el nivell de ploïdia de la secció ‘Allium’ sect. ‘Codonoprasum’. La base diploide (amb cada cromosoma representat per un parell; 2n) és complementada amb tota una sèrie de tàxons poliploides.
Un estudi sobre 1578 individus
Aquest estudi fou dissenyat per Duchoslav. El treball de laboratori fou realitzat per Lucie Kobrlová, Michaela Jandová i Lenka Šafářová. L’anàlisi de dades fou a càrrec de Duchoslav, amb participació de Kobrlová i Kateřina Vojtěchová.
Kobrlová et al. han analitzat 1578 individus de 316 poblacions, corresponents a 25 tàxons. Reporten ara els nivells de ploidia i de mida genòmica corresponents a 22 d’aquests 25 tàxons. Dels 22 tàxons reportats, n’hi ha 5 que mostres nivells múltiples de ploidia. Dels 22 tàxons, tan sols hi havia estimacions prèvies de mida genòmica de 6.
El punt de partida de l’estudi fou una revisió de literatura prèvia sobre la secció. En total, identificaren dades de nombre cromosòmic i de ploidia de 129 tàxons. En tots ells el nombre cromosòmic era de 8 (x = 8), excepte en el cas d’Allium rupestre, que compta amb dues sèries de poliploïdia, una de 8 (x =8) i una altra descendent de 7 (x = 7). La majoria de tàxons eren diploides (72,1%); d’altres combinaven diploïdia i poliploïdia (12,4%) i finalment n’hi havia d’exclusivament poliploides (15,5%). La diploïdia domina a la Mediterrània Oriental, mentre que la poliploïdia creix a mesura que hom avança cap a l’oest i cap al nord. De fet, al nord i al nord-oest d’Europa dominen o bé els tàxons poliploides o els citotips poliploides de tàxons di-/poliploides.
La bibliografia analitzada presentava dades de mida genòmica de 33 tàxons de la secció. El valor de dotació cromosòmica diploide (2C) variava entre ells entre 22,3 i 92,1 nanograms. Aquesta variabilitat s’explica principalment per la poliploïdia, ja que en els tàxons poliploides hi ha una tendència a reduir la mida genòmica de la dotació cromosòmica bàsica.
Kobrlová et al. conclouen que la citometria de flux és una eina efectiva en la detecció de nivells de ploidia i en la determinació de la mida genòmica. La mida genòmica, alhora, complementa el nombre cromosòmic per oferir informació sobre les relacions evolutives i filogenètiques.
Els cromosomes com a atribut genòmic fonamental d’un organisme
La història evolutiva dels organismes és inscrita en els seus gens. Aquests gens es troben en l’àcid desoxiribonucleic (ADN) dels nuclis cel·lulars en forma de cromatina que s’evidencia en cromosomes durant la divisió cel·lular. El nombre de cromosomes de cada nucli cel·lular és un atribut genòmic fonamental de l’organisme. Nombre cromosòmic i mida genòmica són trets importants per descriure una espècie biològica, i hom pot fer-los servir com a eina diagnòstica en la taxonomia i en la sistemàtica.
En biologia en general, i en la botànica concretament, els reports sobre nombre cromosòmic es fan a partir d’una petita mostra d’individus. Ara bé, cal no oblidar que en força espècies de plantes hi ha més d’un citotip, és a dir que no tots els individus comparteixen el mateix nombre cromosòmic. Això es deu habitualment al fenomen de la duplicació genòmica, de manera que en la mateixa espècie trobem individus diploides i individus poliploides.
Històricament, el nombre cromosòmic es determinava a través del cariotipatge, és a dir de l’estudi de la morfologia de cromosomes al microscopi aprofitant les divisions cel·lulars de teixits en creixement (meristemes). L’avenç en la citometria de flux ofereix des de principi de segle una aproximació tecnològica més pràctica, ja que ofereix una estimació ràpida i no-destructiva tant del nivell de ploïdia com del contingut d’ADN nuclear en un gran nombre de mostres. Gràcies a la citometria de flux hom ha pogut descobrir una diversitat de citotips en diferents espècies vegetals. Així hom ha pogut descriure la diversitat citogeogràfica, i vincular-la a la diversificació ecològica i a la història evolutiva.
El gènere Allium L. pertany a la família de les Amaryllidaceae i a l’ordre de les Allieae. Són plantes monocotiledònies. Actualment hi ha descrites unes mil espècies d’aquest gènere. Apareixen en forma d’herbes perennes, rizomatoses o bulbíferes, que combinen reproducció sexual i asexual. Es troben difoses àmpliament per l’Hemisferi Nord. El nombre cromosòmic haploide oscil·la entre 7, 8, 9, 10 o 11. Hi ha un alt nivell de poliploïdia, i ocasionalment també apareixen cromosomes B. La poliploïdització hauria ajudat a l’adaptació i especiació en diferents ambients.
Allium sect. Codonoprasum Rchb. és una secció particularment gran i complicada del gènere. Morfològicament és poc variable. Kobrlová et al. han recollit mostres de poblacions de 25 tàxons de la secció d’arreu d’Europa i de la Conca Mediterrània. Hi han aplicat tècniques de cariologia clàssica i de citometria de flux. Alhora, han fet una revisió exhaustiva de la bibliografia.
Cariologia i citometria de flux
La identificació taxonòmica es basa en descripcions originals d’espècies subespècies, flores regionals i estudis taxonòmics. Els materials procedeixen de recol·leccions fetes al llarg dels darrers 20 anys (2004-2024) sobre poblacions naturals d’Europa, Caucas i Israel. Les plantes eren transportades i cultivades en l’horta experimental de la Universitat Palacký d’Olomouc, on feien totes les anàlisis. Dipositaren també espècimens a l’herbari de la universitat.
Les plantes eren cultivades en testos. Prenien mostres d’arrels joves de creixement actiu, i les tractaven amb 8-hidroxiquinolina durant 4 hores en la foscor, per després fixar-les amb una barreja d’etanol i àcid acètic (3:1) durant la nit, conservant les mostres resultants en refrigeració. D’aquestes mostres d’arrels seleccionaven puntes, les hidrolitzaven durant 25 minuts amb HCl 5 N, les tenyien amb reactiu de Shiff, i les esclafaven en àcid acètic al 45%. Fotografiaven les preparacions al microscopi i comptaven cromosomes en un mínim de cinc metafases per a cada planta individual.
Per citometria de flux estimaven el nivell de ploïdia i el contingut d’ADN nuclear. Calculaven després la mida del genoma monoploide. Les mostres eren prèviament tenyides amb iodur de propidi i tractades amb RNAsa. Com a patrons interns empraven Secale cereale L. ‘Daňkovské’, Triticum aestivum ‘Saxana’, Pisum sativum ‘Ctirad’ i Vicia faba ‘Inovec’. Per cada mostra es registraven intensitats de fluorescència d’unes 3000 partícules. Les mostres analitzades eren fulles joves i fresques dels mesos de març, abril o maig.
La revisió bibliogràfica es va fer en la metabase CCDB.
25 tàxons
Vet ací els tàxons analitzats:
– Allium aetnense Brullo, Pavone & Salmeri. És un endemisme de l’Etna, a Sicília. És una espècie monocitotípica diploide 2n = 16. La literatura prèvia no havia estimat aquest nombre cromosòmic.
– Allium carinatum subsp. carinatum. Espècie nadiua del nord de Turquia i de bona part d’Europa. Consta de tres citotips, el dominant dels quals és el triploide (2n = 3x = 24), seguit del diploide (2n = 2x = 16) i d’un molt més rar tetraploide.
– Allium carinatum subsp. pulchellum (Regel) Bonnier & Layens. És una subespècie nadiua del sud-est de França, del sud de l’Europa Central, Itàlia, Europa sud-oriental i Turquia nord-occidental. És monocitotípica diploide (2n = 16).
– Allium daninianum Brullo, Pavone & Salmeri. És distribuïda a Orient Mitjà. Les tres poblacions israelianes analitzades són monocitotípiques diploides (2n = 16).
– Allium dentiferum Webb & Berthel. Les formes típiques presenten dos citotips, un de tetraploide (2n = 32) i un de pentaploide (2n = 40). Ara bé, cada població analitzada és monocitotípica.
– Allium dinaricum Bogdanović, Anačkov, Ćato, Borovečki-Voska, Salmeri & Brullo. Espècie descrita als Balcans Occidentals. Presenta un citotip aneuploide (2n = 18; 2C = 35,6 pg) i un altre diploide (2n = 16; 2C = 32,2 pg).
– Allium flavum L. A. flavum subsp. flavum té dos citotips, un de diploide dominant (2n = 16, 90%) i un altre tetraploide (2n = 32, 10%). A. flavum subsp. tauricum (Besser ex Rchb.) K Richt té dos citotips, un de tetraploide (2n = 32) i un altre de diploide.
– Allium garbarii Peruzzi. És una espècie endèmica de Calàbria. És monocitotípica diploide (2n = 16).
– Allium guicciardi Heldr. És endèmica de Grècia. És monocitotípica diploide.
– Allium hermoneum (Kollmann & Shmida) Brullo, Guglielmo, Pavone & Salmeri. És distribuïda en el cinturo alpí de l’Antilíban. És monocitotípica tetraploide (2n = 32).
– Allium karsianum Fomin. És distribuïda al nord-est de Turquia i Transcaucas. És monocitotípica diploide (2n = 16).
– Allium kunthianum Vved. És distribuïda a Iran, Caucas i Turquia. És monocitotípica dipoide (2n = 16).
– Allium melanantherum Pančić. És endèmica dels Balcans. És monocitotípica triploide (2n = 24).
– Allium oporinanthum Brullo, Pavone & Salmeri. És distribuïda per Espanya, França i Vall d’Aosta. És monocitotípica tetraploide (2n = 32).
– Allium orestis Kalpoutz., Trigas & Constantin. És monocitotípica diploide (2n = 16).
– Allium pallens L. És una espècie semiruderal. És monocitotípica tetraploide (2n = 32).
– Allium praescissum Rchb. És distribuïda des del riu Dnieper fins a la Sibèria occidental. És monocitotípica diploide (2C = 31,6 pg).
– Allium pseudostamineum Kollmann & Shmida. És nadiua d’Israel, Síria i Líban. És monocitotípica diploide.
– Allium rhodopeum Velen. És nadiua dels Balcans. És monocitotípica diploide (2n = 16).
– Allium rupestre Steven. És distribuïda a Crimea, Caucas i Turquia. Té quatre citotips, tres d’ells amb una sèrie poliploide de x = 7 (2n = 2x = 14, 22,3 pg; 2n = 3x = 21, 29,0 pg; 2n = 4x = 28, 42,9 ng) i un quart 2C = 38,6 pg (2n = 24).
– Allium telmatum Bogdanović, Brullo, Giusso & Salmeri. És endèmica de la costa croata nord-occidental. És monocitotípica tetraploide (2n = 32).
– Allium tenuiflorum Ten. És monocitotípica diploide (2n = 16).
– Allium valdesianum Brullo, Pavone & Salmeri. És endèmica de Sierra Nevada. És monocitotípica diploide (2n = 16).
En el gènere Allium tan sols un 3,2% de les espècies són poliploides purs (concretament, tetraploides 4x). Ara bé, el 30,2% de les espècies són policitotípiques, amb una variabilitat de ploïdies que va de 2x a 10x. En la secció A. sect. Codonoprasum, el 44% de les espècies són poliploides o di/poliploides, i la poliploïdia més comuna és la tetraploide.
La immensa majoria de poblacions són monocitotípiques. Kobrlóva et al. tan sols han trobat ploïdies mixtes en un 1,3% de les poblacions, corresponents a A. carinatum subsp. carinatum i A. flavum subsp. flavum.
En termes generals, els tàxons purament diploides dominen a la Mediterrània oriental i a la regió Irano-Turaniana, on representen més del 75%. Cap a occident i cap al nord aquest percentatge cau, i queda en zero a l’Europa del nord i del nord-oest. Cal pensar que això és un reflex de la història evolutiva de la secció, que s’hauria originat a Orient Mitjà. La migració cap a l’Oest hauria coincidit amb la crisi de salinitat Messiniana, acompanyada de condicions àrides, període seguit d’una transgressió marina a final de l’Era Terciària que hauria aïllat les poblacions occidentals. La poliploidització i la hibridació haurien aportat avantatges selectius, i també s’haurien vist reforçades per la successió de glaciacions i períodes interglacials del Pleistocè.
La poliploïdia pot interferir en la reproducció sexual, en forma d’una menor generació de llavors. Això hauria afavorit que les poblacions poliploides recorrin a la reproducció vegetativa, amb producció de bulbils aeris o de bulbets subterranis.
El contingut genòmic de la secció va de 2C = 22,3 pg a 2C = 58,5 pg. Aquesta variació s’explica principalment per la poliploïdia. Les formes poliploides tendeixen a perdre ADN, cosa que compensa la multiplicació gènica. Com més antic és un llinatge poliploide, més accentuat és aquest fenomen.
En la variabilitat intraspecífica de mida genòmica també participa la proliferació d’elements transposables.
Lligams:
– New estimates and synthesis of chromosome numbers, ploidy levels and genome size variation in Allium sect. Codonoprasum: advancing our understanding of the unresolved diversification and evolution of this section. Lucie Kobrlová, Michaela Jandová, Kateřina Vojtěchová, Lenka Šafářová & Martin Duchoslav. Bot Stud 65:40 (2024).
Des de la Mediterrània 