CRISIS OF THE TRADITIONAL VARIABILITY CONCEPT: ON THE WAY TO A NEW PARADIGM

Abstract

The traditional concept of variability meets a lot of contradictions. These contradictions could be successfully overcome, when such variability aspects as a molecular nature of varieties, their heritability, and the factors directly determining organism phenotype, are clearly distinguished. The partition between hereditary and non-hereditary variability also needs correction since multiple intermediate phenomena are known. A more detailed classification is suggested, which reflects three autonomous aspects of heritability. This approach could be used as a basis for a new paradigm in the notion of variability.

References

[1] Ауэрбах Ш., 1978. Проблемы мутагенеза. М.: Мир. 464 с.

[2] Вавилов Н. И., 1935. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Л.-М.: ОГИЗ, СЕЛЬХОГИЗ. 56 с.

[3] Женермон Ж., 1970. Проблема длительных модификаций у простейших // Журн. общ. биол. Т. 31. С. 661–671.

[4] Жимулев И. Ф., 2002. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск: Изд-во НГУ. 459 с.

[5] Зеликман А. Л., 1966. Незаслуженно забытые идеи Ч. Дарвина в области изменчивости организмов // Генетика. № 3. С. 142–153.

[6] Инге-Вечтомов С. Г., 1989. Генетика с основами селекции. М.: Высшая школа. 592 с.

[7] Инге-Вечтомов С. Г., 2007. Механизмы модификационной изменчивости // Эколог. генетика. Т. 5. Вып. 1. С. 21–24.

[8] Инге-Вечтомов С. Г., 2010 а. Что мы знаем об изменчивости? // Эколог. генетика. Т. 8. Вып. 4. С. 4–9.

[9] Инге-Вечтомов С. Г., 2010 б. Генетика с основами селекции. 2-е издание. СПб.: Издательство Н-Л. 720 с.

[10] Инге-Вечтомов С. Г., Тиходеев О. Н., Тихомирова В. Л., 1988. Нонсенс-супрессия у дрожжей при смене источников углерода и понижении температуры, опосредованная нехромосомными генетическими детерминантами // Генетика. Т. 24. С. 2110–2120.

[11] Мамаев С. А., 1972. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений. М.: Наука. 283 с.

[12] Махмудова К. Х., Богданова Е. Д., Кирикович С. С., Левитес Е. В., 2012. Оценка стабильности признаков, индуцированных тритоном Х-100 у мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) // Вавиловский журнал генетики и селекции. Т. 16. № 1. С. 193–201.

[13] Миронова Л. Н., 2010. Белковая наследственность и регуляция экспрессии генов у дрожжей // Экологическая генетика. Т. 8. Вып. 4. С. 10–16.

[14] Парамонова Н. П., 1979. О классификации явлений внутривидовой изменчивости // Палеонтологический журнал. № 3. С. 12–20.

[15] Полянский Ю. И., Орлова А. Ф., 1948. Об адаптивных изменениях и длительных модификациях у инфузорий Paramecium caudatum, вызванных действием высоких и низких температур // ДАН. Т. 59. С. 1025–1028.

[16] Рапопорт И. А., 1939. Специфические морфозы у Drosophila melanogaster, вызванные химическими соединениями // Бюл. эксперим. биологии и медицины. № 7. С. 415–417.

[17] Ратнер В. А., Васильева Л. А., 2000. Индукция транспозиций мобильных генетических элементов стрессовыми воздействиями // Соросовский образовательный журнал. Т. 6, № 6. С. 14–20.

[18] Светлов П. Г., Корсакова Г. Ф., 1962. Действие кратковременного повышения температуры среды мутантов «forked» Drosophila melanogaster на признаки их потомства//ДАН СССР. Т. 143. С. 961–964.

[19] Степченкова Е. И., Коченова О. В., Инге-Вечтомов С. Г., 2009. «Незаконная» гибридизация и «незаконная» цитодукция у гетероталличных дрожжей Saccharomyces cerevisiae как система для анализа генетической активности экзогенных и эндогенных факторов в «альфа-тесте» // Вест. СПбГУ. Серия 3. Биология. Вып. 4. С. 129–139.

[20] Тейлор Д., Грин Н., Стаут У., 2002. Биология. Т. 3. М.: Мир, 451 с.

[21] Тимофеев-Ресовский Н. В., Воронцов Н. Н., Яблоков А. В., 1977. Краткий очерк теории эволюции. М.: Наука. 302 с.

[22] Филипченко Ю. А., 1926. Изменчивость и методы ее изучения, 2-е изд. Л. 272 с.

[23] Хесин Р. Б., Башкиров В. Н., 1979. Влияние направления скрещиваний, дополнительного гетерохроматина в геноме родителей и температуры их развития на эффект положения гена white у потомства Drosophila melanogaster // Генетика. Т. 15. № 2. С. 261–272.

[24] Чадов Б. Ф., Чадова Е. В., Копыл С. А. и др., 2004. Гены, управляющие онтогенезом: морфозы, фенокопии, диморфы и другие видимые проявления мутантных генов // Генетика. Т. 40. С. 353–365.

[25] Чураев Р. Н., 2010. Эпигены — наследственные единицы надгенного уровня // Эколог. генетика. Т. 8. Вып. 4. С. 17–24.

[26] Шмальгаузен И. И. 1968. Факторы эволюции (теория стабилизирующего отбора). М.: Наука. 451 с.

[27] Ayala F. J., Kiger J. A., 1984. Modern Genetics, 2nd edition. Benjamin / Cummings: Menlo Park, California. xviii + 1012 pp.

[28] Bassi P., 1991. Repetitive non-coding DNA: A possible link between environment and gene expression in plants? // Biologisches Zentralblatt. Vol. 110. P. 1–13.

[29] Bastow, R. Mylne J. S., Lister C., et al., 2004. Vernalization requires epigenetic silencing of FLC by histone methylation // Nature. Vol. 427. P. 164–167.

[30] Betermier M., 2004. Large-scale genome remodelling by the developmentally programmed elimination of germ line sequences in the ciliate Paramecium // Research in Microbiology. Vol. 155. P. 399–408.

[31] Bird A., 2007. Perception of epigenetics // Nature. Vol. 447. P. 396–398.

[32] Bozorgipour R., Snape J. W., 1997. An assessment of somaclonal variation as a breeding tool for generating herbicide tolerant genotypes in wheat (Triticum aestivum L.) // Euphytica. Vol. 94. P. 335–340.

[33] Breugel F. M. A., Vermet-Rozeboom E., Gloor H., 1975. Phenocopies in Drosophila hydei induced by actinomycin D and fluorouracil with special reference to Notch mutants // Dev. Genes Evol. Vol. 178. P. 309–320.

[34] Burn J. E., Smyth D. R., Peacock W. J., Dennis E. S. 1993. Genes conferring late flowering in Arabidopsis thaliana // Genetica. Vol. 90. P. 145–157.

[35] Chen T., Richard S., 1998. Structure-function analysis of Qk1: a lethal point mutation in mous quaking prevents homodimerization // Mol. Cell. Biol. Vol. 18. P. 4863–4871.

[36] Chernoff Y. (Ed)., 2007. Protein-Based Inheritance. Austin, New York: Landes Bioscience and Kluwer Ac. Pr. 154 p.

[37] Choi J., Hyun Y., Kang M. J., et al. 2009. Resetting and regulation of FLOWERING LOCUS C expression during Arabidopsis reproductive development // Plant J. Vol. 57. P. 918–931.

[38] Crevillen P., Dean C., 2011. Regulation of the floral repressor gene FLC: the complexity of transcription in a chromatin context // Curr Opin Plant Biol. Vol. 14. P. 38–44.

[39] Cullis C. A., 1973. DNA differences between flax genotrophs // Nature. Vol. 243. P. 515–516.

[40] Cullis C. A., 2005. Mechanisms and control of rapid genomic changes in flax // Ann. Bot. (Lond.) Vol. 95. P. 201–206.

[41] Darwin C. R., 1859. On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favored Races in the Struggle for Life. London: John Murray. 510 p.

[42] DeBolt S., 2010. Copy number variation shapes genome diversity in Arabidopsis over immediate family generational scales // Genome Biol. Evol. Vol. 2. P. 441–453.

[43] Di Stefano H. S., 1943. Effects of silver nitrate on the pigmentation of Drosophila // The American Naturalist. Vol. 77. P. 94–96.

[44] Dix P. J., 1977. Chilling resistance is not transmitted sexually in plants regenerated from Nicotiana sylvestris cell lines // Zeitschrift für Pflanzenphysiologie. Vol. 84. Issue 3. P. 223–226.

[45] Dobzhansky T., 1950. Heredity, Environment, and Evolution // Science. Vol. 111. P. 161–166.

[46] Durrant A., 1962. The environmental induction of heritable changes in Linum // Heredity. Vol. 17. P. 27–61.

[47] Durrant A., 1971. Induction and growth of flax genotrophe // Heredity. Vol. 27. P. 277–284.

[48] Evans D. A., 1989. Somaclonal variation — genetic basis and breeding applications // Trends Genet. Vol. 5. N 2. P. 46–50.

[49] Evans C. M., Durrant D. A., Rees H., 1966. Associated nuclear changes in the induction of flax genotrophs // Nature. Vol. 212. P. 697–699.

[50] Fogel S., Welch J. W., 1982. Tandem gene amplification mediates copper resistance in yeast // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 79. P. 5342–5346.

[51] Franceschi T., 1964. Nuovi studi sull'effetto dell'autogamia in linee durevolmente modificate di Paramecium aurelia, syngen 1 // Bol. di zoologia. Vol. 31. N 1. P. 1–14.

[52] Goldschmidt R. B., 1945. Additional data on phenocopies and genic action // Jornal Exp. Zool. Vol. 100. P. 193–201.

[53] Grandbastien M. A., 1998. Activation of plant retrotransposons under stress conditions // Trends in Plant Science. Vol. 3. P.181–187.

[54] Hammerschlag F. A., 1992. Somaclonal variation//Biotechnology of Perennial Fruit Crops / F. A. Hammerschlag and R. E. Litz, Eds. Wellingford: C. A. B. Inter. P. 35–55.

[55] Hastings P. J., Bull H. J., Klump J. R., Rosenberg S. M., 2000. Adaptive amplification: An inducible chromosomal instability mechanism // Cell. Vol. 103. P. 723–731.

[56] Hastings P. J., Lupski J. R., Rosenberg S. M., Grzegorz I., 2009. Mechanisms of change in gene copy number // Nat. Rev. Genet. Vol. 10. P. 551–564.

[57] Hemat M., Seminani A., 2003. Determination of the phenocritical period for silver nitrate in producing the yellow body phenocopy in Drosophila melanogaster // Iranian J of Science and Technology. Transaction A — Science. Vol. 27. A1.

[58] Henderson I. R., Shindo C., Dean C., 2003. The need for winter in the switch to flowering // Annu. Rev. Genet. Vol. 37. P. 371–392.

[59] Hoenigsberg H. F., 1968. Temperature induction of phenodeviants in Drosophila melanogaster mutants // J. Genet. Vol. 60. P. 1–9.

[60] Hoffman F. W., 1927. Some attempts to modify the germ plasm of Phaseolus vulgaris // Genetics. Vol. 12. P. 284–294.

[61] Johnston J. S., Jensen A., Czeschin D. G., Price H. J., 1996. Environmentally induced nuclear 2C DNA content instability in Helianthus annus (Asteraceae) // American Journal of Botany. Vol. 83. P. 1113–1120.

[62] Jollos V., 1921. Experimentelle Protistenstudien // Arch. für Protistenk. Bd. 43. N 2. S. 1–222.

[63] Jollos V., 1934. Inherited changes produced by heat treatment in Drosophila melanogaster // Genetica. Vol. 16. P. 476–494.

[64] Jollos V., 1935. Studien zum Evolutionsproblem II. Dauermodifikation, “plasmatische Vererbung” und ihre Bedeutung für die Entstehung der Arten // Biolog. Zentralblatt. Bd. 55, H. 7/8, S. 390–436.

[65] Kaeppler S. M., Kaeppler H. F., Rhee Y., 2000. Epigenetic aspects of somaclonal variation in plants // Plant Mol. Biol. Vol. 43. P. 179–188.

[66] Kim D. H., Doyle M. R., Sung S., Amasino R. M., 2009. Vernalization: winter and the timing of flowering in plants // Annu. Rev. Cel.l Dev. Biol. Vol. 25. P. 277–299.

[67] Kunze R., Saedler H., Lonnig W.-E., 1997. Plant transposable elements // Adv. Bot. Res. Vol. 27. P. 331–470.

[68] Langlet O., 1971. Revising some terms of intra-specific differentiation // Hereditas. Vol. 68. N 2. P. 277–280.

[69] Larkin P. J., Scowcroft W. R., 1981. Somaclonal variation — a novel source of variability from cell cultures for plant improvement // Theor. Appl. Genet. Vol. 60. P. 197–214.

[70] Mayr E., 1942. Systematics and the Origin of Species from the Viewpoint of a Zoologist. New York: Columbia University Press. 334 p.

[71] Miguel C., Marum L., 2011. An epigenetic view of plant cells cultured in vitro: somaclonal variation and beyond // J. Exp. Bot. Vol. 62. P. 3713–3725.

[72] Nanney D. L., 1958. Epigenetic control systems // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. Vol. 44. P. 712–717.

[73] Natali L., Giordani T., Cionini G., et al. 1995. Heterochromatin and repetitive DNA frequency variation in regenerated plants of Helianthus annus L. // Theoretical and Applied Genetics. Vol. 91. P. 395–400.

[74] O’Rourke S. M. and Herskowitz I., 1998. The Hog1 MAPK prevents cross talk between the HOG and pheromone response MAPK pathways in Saccharomyces cerevisiae // Genes Dev. Vol. 12. P. 2874–2886.

[75] Paszkowski J., Grossniklaus U., 2011. Selected aspects of transgenerational epigenetic inheritance and resetting in plants // Current Opinion in Plant Biology. Vol. 14. P. 1–9.

[76] Queitsch C., Sangster T. A., Lindquist S., 2002. Hsp90 as a capacitor of phenotypic variation // Nature. Vol. 417. N 6889. P. 618–624.

[77] Richards E. J., 2006. Inherited epigenetic variation — revisiting soft inheritance // Nature Reviews. Genetics. Vol. 7. P. 395–401.

[78] Sheldon C. C., Hills M. et al., 2008. Resetting of FLOWERING LOCUS C expression after epigenetic repression by vernalization // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 105. P. 2214–2219.

[79] Tani A., Inoue C., Tanaka Y. et al., 2008. The crucial role of mitochondrial regulation in adaptive aluminium resistance in Rhodotorula glutinis // Microbiology. Vol. 154. P. 3437–3446.

[80] Waddington C. H., 1942. The epigenotype // Endeavour. Vol. 1. P. 18–20.

[81] Walbot V., 2000. Saturation mutagenesis using maize transposons // Cur. Opin. Plant Biol. Vol. 3. P. 103–107.

[82] Wersuhn G., Nhi H. H., Tellhelm E., Reinke G., 1988. Aluminium-tolerant regenerants from potato cell cultures // Potato Research. Vol. 31. P. 305–310.

[83] Woltereck R., 1911. Beitrag zur Analyse der Vererbung erworbener Eigenschaften: Transmutation und Praeinduction bei Daphnia // Verh. D. Zool. Ges. S. 141–172.

RIGHTS & PERMISSIONS

Tikhodeyev O.N.