Analysis of chromosome number and speculations on the origin of Arundo donax L. (Giant Reed)

Abstract

Arundo donax (commonly called Giant Reed) is a perennial rhizomatous grass native to Asia, nowadays diffused all over the world. Due to its high biomass production and great adaptability to marginal land, interest in this species is increasing. In fact A. donax could represent an important and promising energy crop for heat and bioethanol second generation production. The propagation of A. donax is strictly agamic by rhizome fragmentation and cane node germination, strongly limiting the possibility of genetic improvement by breeding. The sterility could be caused by the fact that A. donax is a hybrid with uneven ploidy or a triploid species. It is difficult to propose an explanation for its sterility, because the chromosome number of A. donax is still a matter of debate, due to the high number and small size of the chromosomes; in the bibliography different counts ranging from 40 to 110 are reported. With the aim of establishing the chromosome number of A. donax we selected and counted 17 metaphase plates prepared from root tips obtained by hydroponic cultivation of cane nodes; our counts showed that A. donax most probably has 110 chromosomes. Our results suggested us two possible hypotheses, also based on SSR molecular marker results, concerning the evolutionary processes involved in the origins of A. Donax.

Arundo donax (Арундо тростниковый) – многолетнее корневищное растение, происходящее из Азии, которое в наши дни распространено по всему миру. Интерес к этому виду растет благодаря значительной продукции биомассы и высокой приспособляемости к условиям малоплодородных земель. A. donax может использоваться как важная и перспективная энергетическая культура для получения топлива и биоэтанола второго поколения. A. donax размножается агамно с помощью фрагментации ризома и узлов побегов, что сильно затрудняет возможности генетического улучшения путем селекции. Стерильность может быть вызвана тем фактом, что A. donax является гибридом с нечетной плоидностью или триплоидным видом. Трудно предложить объяснение такой стерильности, так как число хромосом у A. donax до сих пор является предметом дискуссий из-за их большого количества и маленького размера. В библиографиях сообщается о размахе признака от 40 до 110 хромосом. Для определения хромосомного числа A. donax мы изучили 17 метафазных пластинок, полученных из кончиков корешков при гидропонном выращивании междоузлий. Наши подсчеты показали, что вероятнее всего A. donax имеет 110 хромосом. Эти данные, а также результаты изучения SSR молекулярных маркеров позволили нам выдвинуть две возможные гипотезы об эволюционных механизмах возникновения A. donax.

We wish to thank Francesco Cerino Badone for collecting plant material and Dr. Davide Reginelli for his assistance in the field and in particular we thank Prof. Pizzolongo for sending us his precious paper.