Mimojaderná dědičnost 1. Charakteristika mimojaderné DNA 2. Charakter dědičnosti u různých organizmů 3. Aplikační oblasti organelové DNA Literatura 1. Brooker R.J. - Genetics, 2005. p. 178 2. Snustad a Simmons - Genetika. Nakladatelstvf MU, 2009. 3. In: Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L. (Eds.) Biochemistry and Molecular Biology of Plants, pp. 260-310, American Society of Plant Physiologists, Rock vi Me, Maryland, 2000. Jaderná genetická informace □ Mendelistická dědičnost Mendelovy zákony □ Předpověď fenotypu podle několika principů: 1) dominantní a recesivní vztahy alel, 2) genové interakce, 3) vliv pohlaví, 4) vazba genů. Nemendelistická dědičnost 1) maternální efekt, 2) epigenetická dědičnost, 3) mimojaderná dědičnost = cytoplazmatická dědičnost Mimojaderná dědičnost □ Genetické složení mitochondrií a plastidů (charakteristika) □ Způsob přenosu těchto organel (DNA, genů) na potomstvo □ Příklady charakteru dědičnosti odlišné u různých organizmů 1) Genomy mitochondrií a chloroplastů jsou vyvinuté z endosymbiotických vztahů Pft olo synthetic pro kar yote Ancestral host cell □ 1883 Andreas Schimper (1856-1901) - plastidy vznikly z endosymbiotického vztahu mezi cyanobakteriemi a eukaryotickou buňkou. □ 1922 Ivan Wallin (1883-1969) endosymbiotický původ mitochondrií □ 1967 Lynn Margulis (*1938) The Origin of Mitosing Eukaryotic Cells 1981 Symbiosis in Cell Evolution 2) Mitochondrie a chloroplasty obsahují kružnicové chromozomy s mnoha geny □ r. 1951 Y. Chiba Barvení barvivem specifickým pro DNA Izolace organelové DNA Elektronová mikroskopie □ 70. a 80. léta 20. st. Sekvenování organelové DNA Rozmístění DNA v organele Počty nukleoidu a molekul DNA v organelách Druh Organela nukleoidy Celk počet molekul /organela DNA/organela Tetrahymena mitoch Obratlovci mitoch Myš mitoch Vyšší rostliny mitoch Chlamydomonas chloropl Euglena chloropl Vyšší rostliny chloropl 1 6-8 5-10 1-3 5-6 20-40 5-6 75 20-34 100-300 12-25 asi 60 až 100 Sekvenování organelové DNA Mitochondriální 1932 genomů □ Houby 68 genomů Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pom be, Candida albicans □ Živočichové 1746 genomů Caenorhabditis elegans, Danio rerio, Drosophila melanogaster, Xenopus laevis, Homo sapiens, Mus musculus, Macaca mulatta, Rattus rattus □ Rostliny 36 genomů Chlamydomonas reinhardtii (zelená řasa), Arabidopsis thaliana, Beta vulgaris, Brassica napus, Carica papaya, Nicotiana tabacum, Oryza sativum, Triticum aestivum, Vitis vinifera, Zea mays http://www.ncbi. nim. nih.gov/genomes/GenomesHome.cgi?taxid=2759&hopt=html Chloroplastový 168 genomö http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/GenomesGroup. cgi?taxid=2759&opt=plastid Velikost DNA Mitochondriální □ Řasy a protista střední genom Saccharomyces 75 kb □ Živočichové malý genom 16 - 17 kb (méně než 1% bakteriálního chromozomu) □ Rostliny velký genom 200 - 2600 kb Chloroplastová □ Řasy Chlamydomonas 200 kb □ Rostliny 120 až 160 kb Charakter dědičnosti organelové DNA □ Carl Correns - pigmentace u Mirabilis jalapa Cross 1 ď All white offspring Reciprocal V cross of ď cross 1 All green offspring ' crosses Cross 2 9 ď Green, white, or variegated offspring Reciprocal 9 cross of ď cross 2 Green chloroplast -White chloroplast -Nucleus- All green chloroplasts heteroplazmie All green offspring Kvasinky Saccharomyces cerevisiae Boris Ephrussi (1901 -1979) Normální kolonie Petitové kolonie Zakladatel mitochondrialnf genetiky There are two kinds of genetics - nuclear and unclear" Typ dědičnosti Štěpení mendelistické Štěpení nemendelistické petity segregující Segregational Haploid petite © Haploid normal ©Diploid zygo (normal) Sporulation, meiosis Haploid ascospores petites normals petity vegetativní Neutral Haploid petite x Haploid normal f Ä \ Diploid zygote V • J (noi (normal) Sporulation, meiosis Haploid ascospores All normal Suppressive Haploid petite x © Haploid normal Diploid zygote £ ) (usually petite) Sporulation, meiosis Haploid ascospores All petite Podílejí se jiné geny než jaderné Dědičnost biparentální Neurospora crassa 1952 Mary B. Mitchell a Hershel K Mitchell Mutace poky = mi-1 (maternal inheritance) wt x poky kolonie wt poky x wt kolonie poky Dědičnost uniparentální - maternální Zelená řasa Chlamydomonas 1954 Ruth Sager 2 pohlavní typy mt+ a mť Mutace - rezistence ke streptomycínu smr citlivost ke streptomycínu sms Reciproké křížení mt+ / smr mt- / sms meióza mt+ / sms mt- / smr meióza J3 9J Š 02 mt+ / sms mt+ / sms mt- / smr mt- / smr mt- / sms mt- / sms Potomstvo: genetická informace rodiče #nŕ+ genetická informace rodiče mť degeneruje Dědičnost uniparentální Způsob dědičnosti mitochondrií a plastidů se liší u různých druhů Druh organela dědičnost Savci mitochondrie Mlži mitochondrie S. cerevisiae mitochondrie Plísně mitochondrie Chlamydomonas mitochondrie Chlamydomonas chloroplasty Rostliny Angiosperma m. a plastidy maternální biparentální biparentální obvykle maternální, Allomyces - paternální po rodiči mt po rodiči mr+ maternální (u některých druhu i biparentální) Gymnosperma m. a plastidy obvykle paternální Molekulární organizace a genové produkty cpDNA 2 invertované repetice Velká oblast jednokopiových genů Malá oblast jednokopiových genů Tubaqťfl Maize* (!40,38ľbp) ■Eice (121,02^ bp) ESUck pšne Large íLngle-OOpy rtigiím Inverted copy iegjdn Inverted reptat^ Shifts :o.?w 1 ■n RĽUK 3 KUKS 1 -ire i bp) 4?3Í> 21.735 Molekulární organizace a genové produkty mtDNA Lidská mtDNA :5ubunits of ATP synthase 16 569 pb 2 geny pro rRNA pro translaci 22 tRNA pro translaci 13 genů pro polypeptidy NADH dehydrogenáza (7 genů) Cytochrom C oxidáza (3 geny) ATP syntáza (2 geny) Cytochrom b (1 gen) Vlastní replikační aparát mitochondrií Replikace-►Transkripce-Translace DNA Aminoacyl tRNA polymerase Initiation factors synthetases RNA Ribosomal Other respiratory polymerase proteins proteins