Bi8240 GENETIKA ROSTLIN doc. RNDr. Jana Řepková, CSc. repkova@sci.muni.cz •Prezentace 01 •Rostlinný genom Rostlinný genom * Evoluční aspekty * Velikost rostlinného genomu * Organizace rostlinného genomu * Jaderný genom – kódující, repetitivní a mobilní sekvence * Chloroplastový genom * Mitochondriální genom * Studium funkce genů * Srovnání genomů jednotlivých druhů rostlin Rostlinná buňka a genetická informace * 800 mil. let mnohobuněčné organizmy * * 1. a 2. endosymbióza 1,2 miliardy let * * * • * 3,8–4,2 miliardy let Evoluce2 a důsledek! Evoluční linie rostlin * Eukaryotické organizmy jsou stejně staré jako prokaryotické. * Podstatná část genů člověka a jiných savců vykazuje vysokou homologii. * Existuje určitý stupeň homologie mezi genomy různých organizmů. * Stupeň homologie závisí na jejich evoluční příbuznosti. Evoluce1 Genetická informace rostlin * * * Jaderná * Chloroplastová * Mitochondriální * •Specifické rysy * Evoluční původ genomů * Komunikace tří složek genetického aparátu 414 dna buňka Evoluce rostlin a rostlinných genomů * Nejstarší fosilie rostlin cévnatých –410 mil. let –Ozonová vrstva –Tvorba kořenů * Původ krytosemenných –200 až 250 mil. let –140 mil. let –Mutace, bílé zbarvení, květy – 2012 PS evoluce angiosperm Rostliny cévnaté Krytosemenné Kapradiny Jehličnany Kvetoucí Gingo Cykasy Řasy Mechy * Divergence 2 a 1děložné 160 až 240 mil. –Arabidopsis a rýže 200 mil. –Arabidopsis a rajčete 150 mil. * Původ trav 100 až 65 mil. * Nejstarší známé fosilie trav 50 až 70 mil. * Nejstarší fosilie linie rýže 40 mil. * Divergence v rámci čeledí –pšenice a žita 10 až 14 mil. –Arabidopsis a Brassica 12 až 19 mil. –Arabidopsis a Capsella rubella 6 až 10 mil. •Navazuje evoluce kulturních rostlin! * Začátek pěstování před 10 až 12 tis. lety * Evoluce rostlin a rostlinných genomů * Bylo domestikováno 230 plodin ze 180 rodů a 64 čeledí. * Poaceae, Fabaceae, Brassicaceae, Solanaceae * Fixace znaku 100 až 2000 let Evoluce a domestikace kulturních rostlin * Kukuřice Zea mays O31 teosinte kukuřice Z. mays ssp. parviglumis Pšenice Triticum aestivum * http://www.newhallmill.org.uk/wht-evol.htm 2012 evoluce pšenice schéma AA BB AABB DD AABB AABBDD AABB AABBDD Planá jednozrnka Kulturní dvouzrnka Pšenice Pšenice tvrdá Pšenice setá Mnohoštět 1 Mnohoštět 2 Planá dvouzrnka Plané Kulturní 2012 evoluce pšenice jednozrnka 2012 T dicoccoides 2012 A 2012 A X X wht-map1 wht-map2 wht-map3 wht-map4 Planá jednozrnka Mnohoštět 1 Planá dvouzrnka Mnohoštět 2 wht-spelt wht-durum wht-bread O31 Kulturní dvouzrnka Pšenice setá Pšenice tvrdá Šlechtění kulturních druhů je pokračující evoluce pšenice3 žito Triticale T. aestivum AABBDD AABB Triticale (AABBDDRR) (AABBRR) x Secale cereale (RR) Hlavní domestikační znaky 1.Omezení vypadávání semen –nerozpadavá vřetena klasu, nepukavost lusků 2.Synchronizace dozrávání 3.Minimalizace dormance 4.Jednoletost 5.Změny v rozmnožování – ztráta alogamie 6.Změny v chemickém složení a kvalitě užitečných orgánů 7.Bezsemenné plody Kukuřice * Tga-1 Teosinte glume architecture – tvorba pevného osemení •Některé geny pro domestikační znaky tga1 kukuřice tga1 kukuřice promotor 3 exony Lokus tga1 TF SBP squamosa-promoter binding protein (modře) Protein teosinta vs. kukuřice Záměna K → N lysin asparagin Tga1 tga1 * Tb-1 Teosinte branched – architektura rostliny * Transkripční faktor TCP (pouze u vyšších rostlin) –T Teosinte branched – kukuřice C Cycloidea –Antirrhinum P rýže –represe buněčného cyklu * Dominantní mutace u kukuřice – potlačení větvení Pšenice * Q – rozpadavost klasu, volná obilka •Některé geny pro domestikační znaky Pleiotropie genu Q * Rozpadavost vřetene klasu * Tvar a pevnost plevy * Délka klasu * Výška rostliny * Doba metání * Zelená intron, červená exon, modrá 3´UTR * Kulturní genotyp Q Exon – isoleucin, pozice 329 * Planý genotyp q valin * Ječmen * 5 genů: –vrs1 – šestiřadost klasu –Vrs1 – dvouřadost, chromozom 2H •Některé geny pro domestikační znaky * Transkripční faktor – leucinový zip * Vrs1 exprese v laterálních primordiích * Vrs1 suprimuje vývoj laterálních větví * Mutace – tvorba fertilních klásků v šestiřadém fenotypu Rýže * Sh4, qSh1 Shattering – uvolňování semen •Některé geny pro domestikační znaky Evoluce krytosemenných rostlin * Kdy vznikly * Jaká je jejich evoluční linie * Co bylo předpokladem jejich evoluce * Souvislost s evolucí živočichů a člověka * Významné časové body * Evoluce, domestikace, šlechtění •Shrnutí Rostlinné genomy 1.Velikost rostlinných genomů 2.Struktura rostlinných genomů a další poznatky * Arabidopsis thaliana * Fritillaria assyriaca fritillaria AT3 Druh J/D n ploidie bp Arabidopsis thaliana D 5 2 1,25x108 Oryza sativa J 12 2 4,50x108 Brassica oleracea D 9 2 6,00x108 Lycopersicon esculentum D 12 2 1,00x109 Brassica napus D 19 2 1,23x109 Antirrhinum majus D 8 2 1,54x109 Vicia sativa D 6 2 1,60x109 Solanum tuberosum D 12 4 1,80x109 Zea mays J 10 2 2,70x109 Pisum sativum D 7 2 4,40x109 Nicotiana tabacum D 24 4 4,40x109 Hordeum vulgare J 7 2 4,90x109 Secale cereale J 7 2 9,50x109 Triticum aestivum J 21 6 1,60x1010 Fritillaria assyriaca J 1,20x1011 Záhada C-hodnoty DNA Extrémní počty chromozomů u rostlin * Mitotická metafáze v kořenových špičkách * A) trávy Zingeria biebersteiniana –2n=4 * B) Palmy Voanioala gerardii –2n asi 600 * Haplopappus gracilis: 2n = 4 * Sedum suaveolens: 2n = cca 640 * Velikost chromozomů se mezi druhy liší až 60x chromozomy 2 páry chromozomy hodně Evoluční mechanizmy ovlivňující velikost genomů rostlin * Duplikace * Spontánní delece a inzerce * Aktivita transpozonů * Přídatné chromozomy * Expanze mikrosatelitů * Expanze heterochromatinu (např. centromer) • •Důsledky → redundance genů u rostlin Arabidopsis je dávný tetraploid * Jako zřejmě většina rostlin * * * * * * * * Duplikované úseky chromozomů tvoří 60 % genomu (67.9 Mb) * Polyploidizace výrazně zvyšuje plasticitu genomu a zřejmě hrála významnou roli v evoluci rostlin (rostlinných genomů) 408796ad Četné duplikace jsou i v genomu rýže 7 B chromozomy a)Brachycome dichromosomatica (mitóza, 2 B a 2 mikro-B chromozomy) b)Secale cereale (metafáze, 2 B chromozomy) c)Secale cereale (metafáze I meiózy, 1 B chromozom, 7 bivalentů) d)Secale cereale (1. mitóza v pylovém zrnu, nondisjunkce B chromozomu) B chromozomy1 vyrez B chromozomy2 vyřez B chromozomy3 výřez * B chromozom – struktura * B chromozom Secale cereale * oblast nezbytná pro nondisjunkci Brachycome dichromosomatica a)B chromozom b)Mikro-B chromozom Secale cereale A 6 B chr 3 typy repeticí F mt DNA modrá cp DNA zelená repetice žlutá B Brachycome dichromosomatica 45S rDNA zelená C Crepis capilaris 45S rDNA červená telomery Ath zelená Evoluce vzniku B chromozomů 1.Duplikace a částečná duplikace A chr., přeuspořádání/translokace 2.Znemožnění párování A – B v meióze, vytváří se proto-B 3. Akumulace organelové DNA a fagmentů z A (genomická houba) amplifikace spec. sekvencí pro B chr. inaktivace sekvencí z A chr. Strukturní genomika 1.Velikost rostlinných genomů 2.Struktura rostlinných genomů a další poznatky * Strukturní genomika –Projekt The Arabidopsis Genome Initiative 1996–2000 Nature, December 2000, Vol. 408, pp. 796–815, www.nature.com §Arabidopsis thaliana (1,25 x 108) –Projekt International Rice Genome Sequencing Project §Oryza sativa (4,50 x 108) –Populus trichocarpa –Vitis vinifera –Zea mays –Brassica napus •Genomika rostlin Genom Arabidopsis thaliana •Projekt The Arabidopsis Genome Initiative 1996–2000 –Nature, December 2000, Vol. 408, pp. 796-815, www.nature.com * Počet genů 25 498 D. melanogaster 13 601 genů • C. elegans 19 099 genů * Počet typů proteinů 11 601 * Jedinečné geny 35 % * Genové rodiny 65 % –s více než 5 členy 37,4 % * Transpozony 10 % * Nekódující sekvence 14 % * Vzdálenost mezi geny prům. 4,5 kb * 1 gen prům. 205 bp Porovnání jaderného a mimojaderných genomů A. thaliana * Oryza sativa * Current Opinion in Plant Biology 6(2), 2003 jádro plastidy mitochondrie velikost 125 Mb 154 kb 367 kb duplikace 60 % 17 % 10 % počet genů kód. proteiny 25 498 79 58 hustota genů – kb na 1 gen 4,5 1 6,25 geny s introny 79 % 18,4 % 12 % transpozony 10 % 4 % Sekvence jaderného genomu 1.Kódující – geny a genové rodiny 2.Nekódující – repetitivní a mobilní • – RNA není matrice pro syntézu bílkovin * Repetitivní –centromery –telomery –satelity – tandemové repetice §minisatelity (motiv 9 až 20 bp) §mikrosatelity (motiv 1 až 5bp) •Jaderný genom Zastoupení repetitivní DNA v rostlinných genomech Geny složek genetického aparátu * 1 blok genů 103 až 104 kopií, 7800 až 185 tis. bp * transkripce jako 1 prekurzor * postranslačními úpravami 3 typy rRNA * pomerančovník 125 kopií, hyacint 32 tis. kopií •Geny rostlinného genomu 325telomery centromera Organizátor jadérka Geny kódující 18S – 5,8S – 28S rRNA * Geny pro 5S rRNA * Geny tRNA * Geny pro histony Další jednotka rDNA repetice Geny kódující proteiny * Geny zásobních proteinů semen a hlíz – albuminy, globuliny, prolaminy, gluteliny, leguminy, viciliny, zeiny * * * Geny pro enzymy fotosyntézy * Geny pro stresové proteiny * Geny pro leghemoglobin •Geny rostlinného genomu 330 geny zeiny Leghemoglobin_1FSL •Telomery * DNA/proteinové struktury zajišťující stabilitu chromozómových konců * žito – 12 až 18 % genomu * 7 bp (TTTAGGG) * 6 bp (TTAGGG) * * * Centromery * Primární konstrikce * funkce při segregaci chromozomů * rozpětí 30 až 140 bp * celková délka až 1 Mb – kukuřice * 325telomery centromera 325telomery centromera Kukuřice Ac/Ds (rodina transpozonů hAT) * Mechanismus transpozice •DNA transpozony (struktura a funkce) Gen Colorless chromozom 9 Příčiny nestability fenotypového projevu – shrnutí Struktura elementů Ac a Ds u kukuřice Struktura elementu Ac u kukuřice Porovnání struktury elementu Ac s elementy Ds Mechanismus transpozice Přítomnost duplikace po excizi elementu Ac TE duplikace •Cílové inzerční místo v genu Wx •Kukuřice Zea mays * Další identifikované transpozony * Sp/m = En/I (rodina transpozonů CACTA) * Mu (rodina TE Mutator) •Hrách Pisum sativum * Gen RUGOSUS * Produkt genu enzym * SBEI (Starch Branching Enzyme) * Transpozony5 GeneID_561 GeneID_361 •Hledík Antirrhinum majus (rodina transpozonů hAT) * Transpozony v genech pallida, nivea –Tam1 bílé pozadí, červené skvrny –Tam2 bílé –Tam3 slonovinové pozadí, červené skvrny –Tam7 regulační gen Deficiens * * * * •Heterologní transpozice * Arabidopsis, rýže, tabák, rajče, petúnie, len, mrkev, brambor, sója Antirrhinum_majus_ENBLA02 Význam a využití transpozonů * Transpozonová inzerční mutageneze * Transpozonový tagging Transpozony12 337 transpozon Využití elementu Ac * Transformace A. thaliana –gen pro rezistenci k streptomycinu inaktivován Ac. Po somatickém vyčlenění Ac – aktivace genu – zelené sektory. Ti plazmid Agrobacterium tumefaciens a infekce rostlinné buňky Plazmid T4 328 retropozony kukuřice Retroelementy •Schéma retropozice Gen Adh u kukuřice Retroelementy2 Srovnání struktury jednotlivých skupin retroelementů Struktura retrotranspozonů typu copia Výskyt retrotranspozonů a retropozonů * Výskyt retrotranspozonů –Tabák Tnt1 počet kopií 100 –Huseníček Ta1 copia 100 –Kukuřice Ty1 copia 100 tis. 50–80 % genomu –Rýže Tos17 –Bob setý Ty1 copia 1 mil. –Hrách setý Ty3 gypsy 5 tis. * Výskyt retropozonů –LINE – long interspersed nuclear element –kukuřice, rýže, pšenice, huseníček, tabák –SINE – short interspersed nuclear element * chromozom repetice Regulace exprese genů u rostlin * * Podle vývojového programu –geny jsou aktivní pouze v určitých pletivech a orgánech – orgánová a buněčná regulace – * Vlivy prostředí –geny jsou aktivní na základě určitého podnětu Orgánová a buněčná regulace * Knotted1 kukuřice * Knat1 Arabidopsis 338 kn1 kukuřice 339 knat arabidopsis Rostlinné hormony * Auxiny – buněčné dělení, prodlužování a diferenciace buněk * Cytokininy – buněčné dělení, růst buněk, oddalují stárnutí buněk, otevírání průduchů * Gibereliny – růst rostlin, regulace klíčení semen a kvetení * Kyselina abscisová – regulace vývoje a klíčení semen, funkce průduchů, odpověď na vodní deficit * Etylén – klíčení semen, růst klíčních rostlin, odpověď na poranění, zrání plodů Podněty z prostředí * Charakterizace sekvencí potřebných pro expresi genu * Reportér GUS 339 stres sucho Sucho ABA - + - + * Exprese transgenu responzivního na podněty sucha – fúze promotoru genu s reportérovým genem GUS (detekovaný signál v průduchách). * Exprese tohoto transgenu je indukována také ABA, která je součástí dráhy přenosu signálu z jádra do průduchů v podmínkách sucha. Transgenní A. thaliana Světlo * Funkce: absorbce světla cytoplazmatickým proteinem fytochromem * Konformační změny fytochromu – biologická aktivace a změny v dalších proteinech, některé z nich aktivují gen rbcS * Aktivace genů pro klíčové enzymy fotosyntézy * * RBC –Enzym ribulózo-1,5-bifosfát karboxyláza –Rubisco –Multiproteinový komplex –Geny rbcS, rbcL * 613 rubisco Molekulární řízení transkripce genů * Několik cis-elementů promotoru genu Adh1 kukuřice * Regulují transkripci genu jako odpověď na nedostatek kyslíku v prostředí Element ARE (anaerobic response element) Transkripční faktory Funkce chromatinu v genové expresi 348 exprese histony 349 exprese histony acetylace 349 exprese histony hypersens histonová acetyltransferáza deacetyláza Matrix attachement regions * Smyčkové domény chromatinu 5 až 200 kb * MAR bohaté na motiv AT (200 až 1000 bp) * Funkce ve strukturní organizaci genomu * Usnadňují transkripci genů nebo skupin genů prostřednictvím tvorby méně kondenzované struktury chromatinu 350 exprese MAR transport6 MAR obklopují kódující oblasti genů, jsou spojeny s regulačními elementy Chloroplastová DNA (cpDNA) * Dvouřetězcový kružnicový chromozom * Lokalizace – chloroplasty v mnoha kopiích * Velikost 120 až 160 kb * Struktura * * * •Mimojaderný genom O13F chloroplast * Sekvenovaná cpDNA –Nicotiana tabacum –Marchantia polymorpha (porostnice mnohotvárná) –Oryza sativa –Triticum aestivum –Zea mays –Pinus thumbergii –Spinacia oleracea –Medicago truncatula –Lotus japonicus 285 cpDNA oryza1 285 cpDNA oryza2 Epifagus virginiana1 Epifagus virginiana2 Epifagus Organizace cpDNA * Uspořádání genů chloroplastového operonu a transkripce 286 cpDNA2 286 cpDNA1 Koordinace buněčných kompartmentů Mitochondriální DNA (mt DNA) * Několik subgenomových kružnicových struktur * Velikost * Lokalizace * Struktura 289 mtDNA1 Subgenomové struktury a jejich tvorba * Tři typy tvorby subgenomových struktur 289 mtDNA Geny mt genomu * První osekvenovaná mt DNA 290 mtDNA 291 mtDNAoryza 290 mtDNA2 290 mtDNA1 * Rýže –cp DNA –mt DNA Transport proteinů do organel * Transport proteinů přes lipidické dvojvrstvy umožňují chaperony. * Vážou polypeptidy a transportují je přes póry v cytoplazmatické membráně. * Udržují proteiny v rozmotaném stavu na jedné straně membrány a pomáhají jim vytvářet prostorovou strukturu na straně druhé. transport transport2 Proteiny kódované cpDNA i jadernými geny a transport v rámci chloroplastů Mechanizmus transportu proteinů z cytoplazmy do chloroplastů * Chaperony v cytosolu + signální sekvence * Transport do stromatu a do lumen thylakoidů * Transportní aparát přes * Membrány: –TOC Translocon of the outer membrane of the chloroplast –TIC Translocon of the innermembrane of the chloroplast transport4 +rozpoznávací částice SRP + GTP rozdílné pH + ATP Transport proteinů do mitochondrií * Cytoplazma: preprotein + signální sekvence uchopeny systémem chaperoninů a pomocných proteinů, dopraveny k vnější mit. mem. * TOM (Translocase of the Outer Membrane)/TIM (Translocase of the Inner Membrane) * Vnitřní strana: chaperonin HSP70, odštěpení signální sekvence pomocí proteinázy transport transport5 Vesmír 2000 Srovnání chloroplastové RNA polymerázy eukaryot a prokaryot Sekundární struktura rRNA v chloroplastech tabáku * Menší podjednotka ribozomů * 16S rRNA se 4 doménami •rRNA chloroplastů * Větší podjednotka ribozomů * 23S a 4,5S rRNA se 6 doménami; doména V je místem pro tRNA k podjednotce 50S 296 transkripce tRNA chloroplastů * Cytoplazmatická tRNAMet fazolu * Chloroplastová tRNAMet 298 transkripce1 Zralá chloroplastová mRNA Funkce genů * Funkční genomika –Projekt „Arabidopsis 2010 Program“ 2001–2010 –Plant Physiology, June 2002, Vol. 129, pp. 394-437, www.plantphysiol.org –Nástroje studia funkcí rostlinných genů •Genomika rostlin Nástroje funkční genomiky •Mutageneze • • * Typy mutagenů –chemomutageny §přístupy přímé i reverzní genetiky –fyzikální mutageny –biologické mutageny §T-DNA §transpozony §přístupy reverzní genetiky §retroelementy * Fenotyp Genotyp/gen (mutace Klasická genetika Molekulární genetika T8 T-DNA tagging * Infekce rostlinné buňky při transformaci A. tumefaciens •Inzerční mutageneze Model tvorby jednořetězcové T-DNA A. tumefaciens T6 Metody transformace rostlinných pletiv * Semena, embrya, listové disky, kořeny, protoplasty vakuová infiltrace –Arabidopsis thaliana –Medicago truncatula •Markerové geny * Selektovatelné –NPT (neomycin fosfotransferáza) –HPT (hygromycin fosfotransferáza) –BAR (rezistence k herbicidu fosfinotricinu) * Signální = reportérové –GUS, GFP Exprese GFP CoY7_2 KAT5_1 Funkce genu GUS T-DNA4 Identifikace inzerčních míst přístupem reverzní genetiky 1.Inzerční mutageneze 2.Organizace rostlin 3.Izolace DNA 4.Specifická PCR 5.Inzerce v genu X rostliny I, c, 5 6.Klonování genu inzert inzert specifické primery Ad 6) Izolace rostlinného genu T-DNA3 Inzert plazmidová záchrana Zkratky restriktáz R EcoRI Sm SmaI X XbaI Využití T-DNA mutageneze Past na geny •Specializované vektory Past na regulační sekvence – promotor •Specializované vektory Past na regulační sekvence – zesilovač •Specializované vektory aktivační tagging Aktivační vektor pPCV6NFHyg •Specializovaný vektor T-DNA1 Inzert RB Selekční marker Zesilovač LB Rostlinný gen Výsledky inzerční mutageneze •Modelové druhy * Arabidopsis – velké kolekce inz. mutací od 90. let –SALK: asi 150 tis. T-DNA linií (ekotyp Columbia) –GABI: 60 tis. (ekotyp Columbia) –Feldmann: 4,9 tis. (ekotyp Wassilevskaja) –Semenná banka ABRC: 175 tis. (ekotyp Columbia) * Teoreticky 180 tisíc nezávislých inzercí s 95% pravděpodobností detekce určité specifické inaktivované alely genu o velikosti 2,1 kb. * Redundance genů v genomu * Mutace letální, nebo vedou ke sterilitě v homozygotní konstituci. Proto je tato pravděpodobnost jen 80%. Doposud nebylo asi 2000 genů zasaženo žádnou inzercí. Izolace genů a jejich funkční charakterizace •Přímá genetika – několik desítek genů * Gl1 vývoj trichomů 1989 * Gi signály fytochromů 2000 * Dfl1 kontrola auxinů •Reverzní genetika – hlavní podíl identifikovaných genů * Genová rodina ACTIN celkem 63 genů * Aktivační tagging - asi 20 genů * Speciální typy vektorů Komplementace Kulturní duhy •Kukuřice * čtyři rodiny retrotranspozonů: Huck, Ji, Opie a Zeon. * * * • * Transpozony – Ac/Ds, Mu více než 100 kopií – kolekce inz. linií (45 tis.) * Izolace genů * 1. gen bronze – pro klíčový enzym syntézy antokyanů * An1, Zag1 – vývoj květů * 328 retropozony kukuřice • •Rýže * Transpozony Ac/Ds kukuřice * T-DNA 20 tis. linií, 25 tis. inzercí v genech * Retrotranspozony – Tourist, Stowaway, Gaijin, Tos17 Klasická mutageneze – chemomutageny * TILLING (Targeting Induced Local Lesions in Genome) * Detekce bodových mutací * Detekce konkrétních genů * Metodický přístup reverzní genetiky * Detekce polymorfizmů v přírodních populacích (ekotilling) * Arabidopsis thaliana, kulturní plodiny (ječmen) TILLING1 Další metody identifikace funkcí rostlinných genů * Homologní rekombinace „Gene targeting“ * U rostlin se využívá v menším rozsahu gene targeting3 maus Techniky založené na umlčování specifických genů * Především RNA interference * A. thaliana – Projekt AGRIKOLA –Arabidopsis –Genomic –RNA Interference –Knock-Out –Line Analysis GST GST * Tvorba 20 tisíc RNAi konstruktů * Z kolekce 21 120 GST (Gene Specific Tag) Arabidopsis Schéma RNA interference metoda RNAi zákl Genetika: Snustad, Simmons, Kap. 20 metoda RNAi O83F Srovnávání genomů * Srovnávací genomika: –Brassicaceae: §Arabidopsis –Brassica oleracea 57% –Capsella rubella 85% –Solanaceae: §rajče – brambor, také tabák, paprika –Poaceae: §rýže – ječmen, pšenice, kukuřice –Fabaceae –Malvaceae •Genomika rostlin Genomy rostlin se podobají Paterson et al., Plant Cell 12: 1523–1539, 2000 Kolineární oblasti genomů Arabidopsis thaliana a A. lyrata Syntenie = přítomnost orthologních lokusů u dvou druhů na stejném chromozomu A’ B’ Species A Species B Ancestral Species C’ A” B” C” A B C Kolinearita = skupina lokusů je u dvou druhů přítomna ve stejném pořadí A’ C’ Species A Species B Ancestral Species B’ C” B” A” A B C Orthology vs. paralogy Orthologní geny = geny u různých organismů, které jsou přímými potomky genu přítomného u společného předka těchto organismů Paralogní geny = geny, které se duplikovali u daného druhu Species A Species B Ancestral Species Gene A Gene A” Gene A’ Species A Species B Ancestral Species Gene A Gene A” Gene A’” Gene A’ Paralogous genes Makrosyntenie vs. microsyntenie * Makrosyntenie (daná společným původem), makrokolinearita –konzervativní uspořádání genů v určité oblasti chromozomu v rozsahu mnoha Mb, geny A, B, C –může být maskována výraznými lokálními změnami v pořadí i zastoupení genů (mikrosyntenie není detekována), mikrokolinearita A B C A’ B’ C’ o t u w x q n k v g A B C A’ B’ C’ w t u w x x u t v v * Vlevo: –nejen geny A, B, C syntenní, –mikrosyntenie * Vpravo: –pouze geny A, B, C syntenní –mikrosyntenie není Porovnání genetické mapy rajčete a lilku * Syntenní mapy rajčete a bramboru se liší 5 paracentrickými inverzemi tomegg Srovnávací genomika - obiloviny O21 Názorné přiřazení homologních bloků * Vysoce konzervovaná struktura genomů obilovin •Srovnávací mapa genomů 7 obilovin obiloviny genomy Přilehlé segmenty chromozomů žita Kolinearita (syntenie) genomů lipnicovitých telomery centromery Genomy obilovin a asociované znaky Cercle_800_english Kolineární úseky se liší především zastoupením repetitivní DNA cropcircle Genomy „brasik“ * B. nigra n=8 * B. oleracea n=9 * B. campestris n=10 Genom řepky olejky B. napus Výukovou pomůcku zpracovalo Servisní středisko pro e-learning na MU http://is.muni.cz/stech/