Tesis por compendio / This thesis aimed to study three main aspects: (i) the mechanisms underlying unreduced pollen gamete formation in the diploid `CSO¿ tangor hybrid used as male parent in 4x x 2x triploid breeding programs, (ii) the frequencies and mechanisms involved in the unreduced 2n female gametes production for `Eureka Frost¿ and `Fino¿ lemon genotypes, and (iii) the interspecific recombination and the resulting diploid gamete structures of doubled-diploid `Mexican¿ lime to evaluate the possibility that natural interploid hybridization maybe the origin of C. latifolia (`Tahiti¿ lime type) and C. aurantifolia (`Tanepao¿ lime type) triploid varieties. The production of 54 tetraploid hybrids from 4x x 2x sexual hybridizations allowed the analysis of the mechanisms underlying unreduced pollen gamete formation. SSR and SNP molecular markers revealed that the majority of these plants were obtained from 2n pollen of the diploid tangor parent. Then, the maximum-likelihood method based on parental heterozygosity restitution (PHR) of centromeric loci revealed that both FDR (First Division Restitution ) with predominant occurrence and to a lower extend SDR (Second Division Restitution) were the mechanisms leading to unreduced male gamete formation in the tangor studied. These observations were confirmed by the analysis of PHR pattern along the linkage group (LG) 2. To our knowledge, this is the first report of tetraploid citrus progenies arising from unreduced pollen and the first description of the coexistence of two meiotic restitution mechanisms (SDR and FDR) producing unreduced pollen in citrus. In order to study the frequencies and the mechanisms involved in the unreduced 2n female gametes production in two different genotypes of lemon, we produced 43 triploid and tetraploid hybrids from 2x x 2x and 2x x 4x sexual hybridizations using `Eureka Frost¿ and `Fino¿ as female parents. The frequencies of 2n gamete production were respectively 4.9% and 8.3%. The maximum-likelihood analysis and pattern of PHR along LG1 revealed that SDR is the main mechanism of unreduced female lemon gametes (88%), followed by FDR or pre-meiotic doubling (PRD) (7%) and post-meiotic genome doubling (PMD) mechanisms (5%). This is the first report of the production of a large number of lemon progenies from 2n gametes and the first identification of a new mechanism, PMD that has never been observed in citrus and has rarely been described in other herbaceous or woody species. Across both studies, we demonstrated at the methodological level the effectiveness of using two complementary approaches, the analysis of the PHR pattern in one LG and the maximum-likelihood method based on centromeric loci for distinguishing between the different mechanisms of unreduced gamete production. We analyzed the meiotic mechanisms of a doubled diploid `Mexican¿ lime, the interspecific recombination and the resulting diploid gamete structures combining a segregation analysis of SSR and SNPs markers, a cytogenetic study and pollen viability evaluation. We concluded that the doubled-diploid `Mexican¿ lime had a predominantly disomic segregation for three LGs, intermediate inheritance with disomic tendency was found for five LGs and intermediate models for one LG. The resulting interspecific diploid gamete structures displayed high C. medica / C. micrantha heterozygosity. The revealed genetic structures of the diploid gametes produced by the doubled-diploid `Mexican¿ lime are compatible with the hypothesis that `Tahiti¿ and `Tanepao¿ triploid varieties results from interploid hybridization involving a doubled-diploid `Mexican¿ like lime. This disomic tendency limits the recombination and the diversity of the diploid gamete population; however the observed pollen viability restoration at tetraploid level could be advantageous for intensive breeding projects. / Esta tesis estudia tres aspectos principales: (i) los mecanismos de la formación de gametos 2n de polen originados por un híbrido diploide (tangor `CSO¿) utilizado como parental masculino en hibridaciones sexuales 4x x 2x, (ii) las frecuencias y los mecanismos de la producción de gametos 2n femeninos en dos genotipos de limón, `Eureka Frost¿ y `Fino¿, y (iii) el análisis de la recombinación interespecífica y las estructuras de los gametos diploides originados por la lima `Mejicana¿ doble diploide para evaluar el origen de las las variedades triploides de lima C. latifolia (`Tahiti¿) y C. aurantifolia (`Tanepao¿). La obtención de 54 híbridos tetraploides a partir de hibridaciones 4x x 2x permitió analizar los mecanismos de la formación de gametos 2n de polen. El análisis molecular reveló que la mayoría de estas plantas se obtuvieron a partir de gametos 2n de polen del parental `CSO¿. A continuación, el análisis mediante el método de máxima verosimilitud indicó que FDR (Restitución de la Primera División meiótica) y SDR (Restitución de la Segunda División meiótica) son los mecanismos implicados con una mayor dominancia de FDR respecto SDR. Estos resultados se confirmaron mediante el análisis de la restitución de la heterocigosidad en el grupo de ligamiento (LG) 2. Con los datos publicados hasta la fecha, es la primera vez que se han obtenido progenies tetraploides de cítricos mediante gametos 2n de polen y es la primera descripción en cítricos de la coexistencia de dos mecanismos SDR y FDR. Para estudiar las frecuencias y los mecanismos de la producción de gametos 2n en dos genotipos de limón, se obtuvieron 43 híbridos triploides y tetraploides a partir de hibridaciones sexuales 2x x 2x y 2x x 4x utilizando los limones `Eureka Frost¿ y `Fino¿ como parentales femeninos. Las frecuencias de producción de gametos 2n fueron respectivamente 4,9% y 8,3%. El análisis de máxima verosimilitud y el patrón de PHR a lo largo del LG1 reveló que SDR es el mecanismo principal de formación de gametos 2n femeninos (88%), seguido por FDR o duplicación del genoma pre-meiosis (PRD) (7%) y se identificó un nuevo mecanismo originado a partir de la duplicación del genoma post-meiosis (PMD) (5%). En este trabajo se describe por primera vez en cítricos la producción de un elevado número de híbridos de limón a partir de gametos 2n y es la primera vez que se identifica un nuevo mecanismo PMD que nunca se ha observado en cítricos. En ambos estudios se demostró la efectividad del uso de dos métodos complementarios, el análisis del patrón de PHR a lo largo de un LG y el método de máxima verosimilitud para distinguir entre los diferentes mecanismos implicados en la formación de gametos 2n. También se ha analizado el modelo de segregación cromosómica de la lima `Mejicana¿ doble diploide (DD) así como la recombinación interespecífica y las estructuras de los gametos diploides resultantes. Se ha realizado análisis de la viabilidad del polen junto con un análisis citogenético y con marcadores SSRs y SNPs. Estos trabajos nos han permitido concluir que la lima `Mejicana¿ DD presenta una segregación predominantemente disómica para tres LGs, herencia intermedia con tendencia disómica para cinco LGs y un tipo de segregación intermedia para un LG. Las estructuras de los gametos diploides mostraron una alta heterocigosis en C. medica/C. micrantha, parentales de la lima `Mejicana¿. Las estructuras genéticas de los gametos diploides de la lima `Mejicana¿ DD son compatibles con la hipótesis de que las variedades triploides `Tahiti¿ y `Tanepao¿ se obtuvieran a partir de una hibridación interploide a partir de la lima `Mejicana¿ DD. El tipo de segregación disómico conlleva una limitación de la recombinación y la diversidad genética de la población de gametos 2n. Sin embargo la viabilidad del polen de la lima `Mejicana¿ DD en comparación con la lima `Mejicana¿ diploide permite / Aquesta tesi ha tingut com a objectius l'estudi de (i) els mecanismes subjacents a la formació de pol·len de gàmetes 2n al tangor híbrid diploide `CSO', utilitzat com a progenitor masculí en els programes de millora de triploides 4x x 2x (ii) les freqüències i els mecanismes implicats en la producció gàmetes 2n en la femella als genotips de llimona `Eureka Frost¿ i Fina' (iii) la recombinació interespecífica i les estructures resultants de gàmetes diploides del doble-diploide (DD) de `llima Mèxicana' per avaluar la possibilitat que la hibridació interploid natural potser l'origen de les varietats triploides C. latifolia (llima tipus `Tahiti') i C. aurantifolia (llima tipus `Tanepao'). La producció de 54 híbrids tetraploides obtinguts d¿hibridacions sexuals 4x x 2x va permetre l'anàlisi dels mecanismes de formació de gàmetes 2n de pol·len. Els marcadors moleculars SSR i SNP van revelar que la majoria d'aquestes plantes es van obtenir de pol·len 2n del parental diploide tangor. Llavors, el mètode de màxima probabilitat va revelar que tant FDR (Restitució en la Primera Divisió), amb ocurrència predominant, com SDR (Restitució en la Segona Divisió) van ser els mecanismes que condueixen a la formació de gàmetes masculins 2n en aquest tangor. Aquestes observacions van ser confirmades per l'anàlisi de patró de RHP al llarg del cromosoma 2. Des del nostre coneixement, aquest és el primer estudi de progènies de cítrics tetraploides derivats de pol·len no reduït i la primera descripció de la coexistència de dos mecanismes de restitució meiòtiques (FDR i SDR) produint pol·len no reduït en els cítrics. Per tal d'estudiar les freqüències i els mecanismes implicats en la producció de gàmetes 2n sense reduir de la femella, en dos genotips diferents de llimona, vam obtenir 43 híbrids triploides i tetraploides d¿hibridacions sexuals 2x x 2x i 4x x 2x utilitzant `Eureka Frost ' i `Fino' com progenitors femenins. Les freqüències de la producció de gàmetes 2n van ser, respectivament, 4,9% i 8,3%. L'anàlisi de màxima probabilitat i el patró de RHP al llarg del cromosoma 1 van revelar que SDR és el principal mecanisme de gàmetes 2n en la llimona utilitzada com parent femení (88%), seguit pels mecanismes FDR o duplicació pre-meiòtica (PRD) (7%) i la duplicació del genoma post-meiòtica (PMD) (5%). Per primera volta en els cítrics s¿ha obtingut un gran nombre de progènie de llimona a partir de gàmetes 2n i s¿ha identificat un nou mecanisme, el PMD que poques vegades s'ha descrit en altres espècies herbàcies o llenyoses. A través dels dos treballs, hem demostrat, a nivell metodològic, l'eficàcia d'utilitzar dos enfocaments complementaris, és a dir, l'anàlisi del patró de RHP en un cromosoma amb el mètode de màxima probabilitat basat en loci centromèrics per distingir entre els diferents mecanismes de la producció de gàmetes 2n . Es van analitzar els mecanismes meiòtics d'un DD `llima Mèxicana', la recombinació interespecífica i les estructures resultants de gàmetes diploides combinant una anàlisi de segregació de marcadors SSR i SNP, un estudi citogenètic i l'avaluació de la viabilitat del pol·len. Hem arribat a la conclusió que el DD de `llima Mèxicana' tenia una segregació predominantment disómica en tres cromosomes, herència intermèdia amb tendència disómica en cinc cromosomes i els models intermedis per a un altre. Les estructures resultants de gàmetes diploides interespecífiques mostren alta heterozigositat C. medica / C. micrantha. Les estructures genètiques revelades dels gàmetes diploides produïts pel DD de `llima Mèxicana' són compatibles amb la hipòtesi que les varietats triploides `Tahiti¿ i `Tanepao¿ resulten de la hibridació interploide que impliquen un DD de tipus `llima Mèxicana'. Aquesta tendència disómica limita la recombinació i la diversitat de la població de gàmetes diploides, però, la restauració de la viabilitat / Houssem, R. (2017). Genetic Structure of Diploid Gametes for the Production of Triploid Citrus Hybrids [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90634 / Compendio

Contact zones of cytotypes harbour a unique opportunity to study the dynamics and evolution of mixed-ploidy systems. Butomus umbellatus (flowering rush) is one of a few species in which diploid and triploid cytotype is present in nature. The first known mixed-ploidy populations of B. umbellatus were discovered in south-eastern Slovakia during the previous studies. Common occurrence of the species in an area with substantially natural dynamics of wetland ecosystems represents a unique model system for unbiased comparisons of traits and genetic diversity between diploid and triploid individuals along with their dispersal capabilities on a landscape level. The main aim of of this thesis is to uncover the truth behind evolutionary processes that are taking place in the contact zone of diploid and triplioid cytotype of B. umbellatus in south-eastern Slovakia. Using flow cytometry and molecular methods (microsatellites) we will test whether this is a primary or secondary contact zone and assess the level of genetic variability between individuals and populations of both cytotypes. Using the analysis od microsatellite loci we discovered that the contact zone of cytotype is of both primary and secondary character and gene flow between cytotypes was also detected. These results were supported by high production and...

La reproduction est un processus essentiel à la persistance et à l’évolution des espèces. En ce sens, il existe une diversité incroyable de stratégies permettant la prolifération des individus. La reproduction sexuée typique, abondante chez les animaux, est très souvent la première qui vient à l’esprit. Cependant, chez les vertébrés, on retrouve plusieurs reproductions atypiques, où il est possible de manipuler la gamétogenèse de façon surprenante. Retrouvées surtout chez les hybrides, ces reproductions alternatives peuvent nous en apprendre long sur le fonctionnement de la méiose et de la gamétogenèse en général via l’étude de ses exceptions. Les projets réunis sous cette thèse ont ainsi pour objectif global d’apporter une meilleure description de ces reproductions atypiques avec une approche multidisciplinaire. À ce but, un complexe de vertébrés possédant plusieurs ploïdies, compositions génomiques et reproductions atypiques différentes a été choisi comme sujet d’étude. Le complexe d’hybrides sujet de cette thèse est ainsi celui de Chrosomus eos-neogaeus, un groupe de cyprinidés s’étendant des États-Unis au Canada, dans lequel on retrouve à la fois de la reproduction sexuée et asexuée. Plus précisément, ce projet de recherche cherche à décrire la façon dont se reproduisent les triploïdes hybrides Chrosomus eos × eos-neogaeus, le déterminisme derrière la dichotomie reproductive de ces derniers, ainsi que l’impact des reproductions sexuées et asexuées sur les organismes de ce complexe. Les différentes études réalisées ont permis de réaliser ce but, en accomplissant les 3 objectifs suivants. Le premier chapitre avait comme objectif la description des types de reproduction chez les hybrides triploïdes Chrosomus eos × eos-neogaeus à partir de croisements expérimentaux. Le second, d’inférer le déterminisme à la base des deux gamétogenèses (sexuée et asexuée) retrouvées chez les triploïdes via l’analyse de loci épigénétiques. Finalement, le troisième avait pour objectif de déterminer les effets de la sexualité et l’asexualité en l’absence de facteurs confondants, et ce, via une analyse en morphométrie. Ces différentes études auront mené, premièrement, à la découverte d’une nouvelle voie reproductive chez les vertébrés (hybridogenèse améiotique), retrouvée chez certaines femelles triploïdes, en plus de la reproduction sexuée déjà observée chez d’autres (hybridogenèse méiotique). Ensuite, l’origine de la dichotomie reproductive aura été corrélée à la ploïdie maternelle des triploïdes. Ainsi, une femelle diploïde donnera naissance à des triploïdes se reproduisant de façon asexuée, et ces dernières à des triploïdes se reproduisant de façon sexuée. Finalement, les analyses morphométriques chez les organismes sexués et asexués de ce complexe auront montré une différence de forme inhérente au type de gonades, et ce, en absence de facteurs confondants, qui est conservée même entre des individus de composition génomique différente. En prenant connaissance de ces informations, il est alors possible de mieux comprendre la flexibilité entourant la gamétogenèse chez les vertébrés, ainsi que les impacts de ces changements sur les organismes eux-mêmes et ceux qui les entourent. Cette thèse aura ainsi avancé les connaissances au niveau des reproductions atypiques dans le complexe C. eos-neogaeus, mais ces découvertes seront aussi d’une grande utilité pour les complexes similaires et pour l’étude des différentes stratégies reproductives retrouvées chez les vertébrés. / Reproduction is an essential process for the persistence and evolution of species. In this sense, there is an incredible diversity of strategies for the proliferation of individuals. Typical sexual reproduction, abundant in animals, is certainly the first that comes to mind. However, among vertebrates, various atypical reproductions can be found, where it is possible to manipulate gametogenesis in surprising ways. Mostly found in hybrids, these alternative reproductions can teach us a lot about the functioning of meiosis and gametogenesis in general through the study of their exceptions. The projects gathered under this thesis aim to provide a better description of these atypical reproductions with a multidisciplinary approach. In this regard, a complex of vertebrates with multiple ploidies, genomic compositions, and different atypical reproductions has been chosen as the subject of study. Indeed, the hybrid complex studied in this thesis is Chrosomus eos-neogaeus, a group of cyprinids extending from the United States to Canada, which exhibits both sexual and asexual reproduction. Specifically, this research project seeks to describe the reproductive context of triploid hybrids Chrosomus eos × eos-neogaeus, the determinism behind their reproductive dichotomy, and the impact that sexual and asexual reproduction can have on organisms in this complex. The various studies conducted have achieved these goals by accomplishing the following three specific objectives. The first chapter aimed to describe the types of reproduction in triploid hybrids Chrosomus eos × eos-neogaeus through experimental crossings. The second objective was to infer the determinism behind the two gametogenic pathways (sexual and asexual) found in triploids through the analysis of epigenetic loci. Finally, the third objective was to determine the effects of sexuality and asexuality in the absence of confounding factors through morphometric analysis. These different studies have led, firstly, to the discovery of a new reproductive pathway in vertebrates (ameiotic hybridogenesis), found in some triploid females, in addition to the sexual reproduction already observed in others (meiotic hybridogenesis). Next, the origin of reproductive dichotomy has been correlated with the maternal ploidy of triploids. Thus, a diploid female will give birth to triploids reproducing asexually, and these will give birth to triploids reproducing sexually. Finally, morphometric analyses of the sexual and asexual organisms in this complex have shown an inherent shape difference in the gonads, in the absence of confounding factors, which is preserved even among individuals of different genomic compositions. With this information, it will be possible to better understand the flexibility surrounding gametogenesis in vertebrates, as well as the impacts of these changes on the organisms themselves and those around them. This thesis has advanced knowledge in atypical reproductions in the C. eos-neogaeus complex, but this knowledge will also be of great utility for similar complexes and for the study of different reproductive strategies.