116
Bi8240 GENETIKA ROSTLIN doc. RNDr. Jana Řepková, CSc. [email protected] Prezentace 01 Rostlinný genom
Bi8240 GENETIKA ROSTLIN
doc. RNDr. Jana epkov, CSc.
Prezentace 01
Rostlinn genom
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]
Rostlinn genom
Evolun aspekty
Velikost rostlinnho genomu
Organizace rostlinnho genomu
Jadern genom kdujc, repetitivn a mobiln
sekvence
Chloroplastov genom
Mitochondriln genom
Studium funkce gen
Srovnn genom jednotlivch druh rostlin
Rostlinn buka a genetick informace
800 mil. let
mnohobunn
organizmy
1. a 2. endosymbiza
1,2 miliardy let
3,84,2 miliardy let
a dsledek!
Evolun linie rostlin
Eukaryotick organizmy jsou stejn star jako prokaryotick.
Podstatn st gen lovka a jinch savc vykazuje vysokou homologii.
Existuje urit stupe homologie mezi genomy rznch organizm
Stupe homologie zvis na jejich evolun pbuznosti.
Genetick informace rostlin
Jadern
Chloroplastov
Mitochondriln
Specifick rysy
Evolun pvod genom
Komunikace t sloek genetickho apartu
Evoluce rostlin a rostlinnch genom
Nejstar fosilie
rostlin cvnatch
410 mil. let
Pvod
krytosemennch
200 a 250 mil.
let
Rostliny cvnat Krytosemenn
Kapradiny Jehlinany Kvetouc
Gingo Cykasy
asy Mechy
Divergence 2 a 1dlon 160 a 240 mil.
Arabidopsis a re 200 mil.
Arabidopsis a rajete 150 mil.
Pvod trav 100 a 65 mil.
Nejstar znm fosilie trav 50 a 70 mil.
Nejstar fosilie linie re 40 mil.
Divergence v rmci eled
penice a ita 10 a 14 mil.
Arabidopsis a Brassica 12 a 19 mil.
Arabidopsis a Capsella rubella 6 a 10 mil.
Navazuje evoluce kulturnch rostlin!
Zatek pstovn ped 10 a 12 tis. lety
Evoluce rostlin a rostlinnch genom
Bylo domestikovno 230 plodin ze 180 rod a 64
eled.
Poaceae, Fabaceae, Brassicaceae, Solanaceae
Fixace znaku 100 a 2000 let
Evoluce a domestikace kulturnch rostlin
Kukuice Zea mays
teosinte kukuice
Z. mays ssp. parviglumis
Penice Triticum aestivum
http://www.newhallmill.org.uk/wht-evol.htm
AA BB
AABB DD
AABB
AABBDD
AABB AABBDD
Plan jednozrnka
Kulturn dvouzrnka
Penice
Penice tvrd Penice set
Mnohott 1
Mnohott 2
Plan dvouzrnka
Plan
Kulturn
http://www.newhallmill.org.uk/wht-evol.htmhttp://www.newhallmill.org.uk/wht-evol.htmhttp://www.newhallmill.org.uk/wht-evol.htmhttp://www.newhallmill.org.uk/wht-evol.htm
X
X
Plan
jednozrnka Mnohott 1
Plan
dvouzrnka Mnohott 2
Kulturn
dvouzrnka
Penice set
Penice
tvrd
http://www.newhallmill.org.uk/wht-evol.htmjavascript:history.go(-1)http://www.newhallmill.org.uk/wht-evol.htm
lechtn kulturnch druh je pokraujc
evoluce
T. aestivum
AABBDD
AABB
Triticale
(AABBDDRR)
(AABBRR)
x
Secale cereale (RR)
Hlavn domestikan znaky
1. Omezen vypadvn semen
nerozpadav vetena klasu, nepukavost lusk
2. Synchronizace dozrvn
3. Minimalizace dormance
4. Jednoletost
5. Zmny v rozmnoovn
ztrta alogamie
6. Zmny v chemickm sloen a kvalit uitench
orgn
7. Bezsemenn plody
Kukuice
Tga-1 Teosinte glume architecture
tvorba pevnho osemen
Nkter geny pro domestikan znaky
promotor 3 exony
Lokus tga1 TF SBP
squamosa-promoter
binding protein (mode)
Protein
teosinta vs. kukuice
Zmna K N
lysin asparagin
Tga1 tga1
Tb-1 Teosinte branched architektura rostliny
Transkripn faktor TCP (pouze u vych rostlin)
T Teosinte branched kukuice C Cycloidea
Antirrhinum P re
represe bunnho cyklu
Dominantn mutace u kukuice potlaen vtven
Penice
Q rozpadavost klasu, voln obilka
Nkter geny pro domestikan znaky
Pleiotropie genu Q
Rozpadavost vetene klasu
Tvar a pevnost plevy
Dlka klasu
Vka rostliny
Doba metn
Zelen intron, erven exon, modr 3UTR
Kulturn genotyp Q Exon isoleucin, pozice 329
Plan genotyp q valin
Jemen 5 gen: vrs1 estiadost klasu
Vrs1 dvouadost,
chromozom 2H
Nkter geny pro domestikan znaky
Transkripn faktor leucinov zip
Vrs1 exprese v laterlnch primordich
Vrs1 suprimuje vvoj laterlnch vtv
Mutace tvorba fertilnch klsk v
estiadm fenotypu
Re
Sh4, qSh1 Shattering uvolovn semen
Nkter geny pro domestikan znaky
Rostlinn genomy
1. Velikost rostlinnch genom
2. Struktura rostlinnch genom a dal poznatky
Arabidopsis thaliana Fritillaria assyriaca
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
Zhada C-hodnoty DNA
Extrmn poty chromozom u rostlin
Mitotick metafze v koenovch
pikch
A) trvy Zingeria biebersteiniana
2n=4
B) Palmy Voanioala gerardii
2n asi 600
Haplopappus gracilis: 2n = 4
Sedum suaveolens: 2n = cca 640
Velikost chromozom se mezi
druhy li a 60x
Evolun mechanizmy ovlivujc
velikost genom rostlin
Duplikace
Spontnn delece a inzerce
Aktivita transpozon
Pdatn chromozomy
Expanze mikrosatelit
Expanze heterochromatinu (nap. centromer)
Dsledky redundance gen u rostlin
Arabidopsis je dvn tetraploid
Jako zejm vtina rostlin
Duplikovan seky chromozom tvo 60 % genomu (67.9 Mb)
Polyploidizace vrazn zvyuje plasticitu genomu a zejm
hrla vznamnou roli v evoluci rostlin (rostlinnch genom)
etn duplikace jsou i v genomu re
B chromozomy
a) Brachycoma dichromosomatica (mitza, 2 B a 2 mikro-B chromozomy)
b) Secale cereale (metafze, 2 B chromozomy)
c) Secale cereale (metafze I meizy, 1 B chromozom, 7 bivalent)
d) Secale cereale (1. mitza v pylovm zrnu, nondisjunkce B chromozomu)
B chromozom struktura
B chromozom Zea mays
4 oblasti nezbytn pro nondisjunkci
Brachycoma
dichromosomatica
a) B chromozom
b) Mikro-B chromozom
Strukturn genomika
1. Velikost rostlinnch genom
2. Struktura rostlinnch genom a dal poznatky
Strukturn genomika
Projekt The Arabidopsis Genome Initiative 19962000
Nature, December 2000, Vol. 408, pp. 796815,
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
Genomika rostlin
http://www.nature.com/
Genom Arabidopsis thaliana
Projekt The Arabidopsis Genome Initiative 19962000 Nature, December 2000, Vol. 408, pp. 796-815,
www.nature.com
Poet gen 25 498 D. melanogaster 13 601 gen
C. elegans 19 099 gen
Poet typ protein 11 601
Jedinen geny 35 %
Genov rodiny 65 % s vce ne 5 leny 37,4 %
Transpozony 10 %
Nekdujc sekvence 14 %
Vzdlenost mezi geny prm. 4,5 kb
1 gen prm. 205 bp
http://www.nature.com/
Porovnn jadernho a mimojadernch
genom A. thaliana
Oryza sativa
Current Opinion in Plant Biology 6(2), 2003
jdro plastidy mitochondrie
velikost 125 Mb 154 kb 367 kb
duplikace 60 % 17 % 10 %
poet gen kd. proteiny 25 498 79 58
hustota gen kb na 1 gen 4,5 1 6,25
geny s introny 79 % 18,4 % 12 %
transpozony 10 % 4 %
Sekvence jadernho genomu
1. Kdujc geny a genov rodiny
2. Nekdujc (repetitivn a mobiln)
Repetitivn
centromery
telomery
satelity tandemov repetice
minisatelity (motiv 9 a 20 bp)
mikrosatelity (motiv 1 a 5bp)
Jadern genom
Zastoupen repetitivn DNA v rostlinnch
genomech
Geny sloek genetickho apartu
1 blok gen 103 a 104 kopi, 7800 a 185 tis. bp
transkripce jako 1 prekurzor
postranslanmi pravami 3 typy rRNA
pomeranovnk 125 kopi, hyacint 32 tis. kopi
Geny rostlinnho genomu
Organiztor jadrka
Geny kdujc 18S 5,8S 28S rRNA
Geny pro 5S rRNA
Geny tRNA
Geny pro histony
Dal jednotka
rDNA repetice
Geny kdujc proteiny
Geny zsobnch protein semen a hlz albuminy,
globuliny, prolaminy, gluteliny, leguminy, viciliny,
zeiny
Geny pro enzymy fotosyntzy
Geny pro stresov protein
