Genomika vnášení cizích genů do pšenice

Elodie REY

Disertační práce

Genomics of alien gene transfer in Plants

Abstract:

Bread wheat (Triticum aestivum L.) is one of the most important crop species providing staple food for about one-third of the world's population. Increasing wheat productivity and quality is therefore of a major importance in order to maintain and further improve food security around the world. Hybridization of wheat with its wild relatives is a well-recognized approach for wheat improvement enabling the introgression of favourable alleles, genes and gene complexes, which provide resistance to biotic and abiotic stresses and other beneficial traits. However, post-hybridization interactions between the wheat and alien genomes affect the agronomical performance of the resulting introgression lines and may limit successful application of these materials in agriculture. This work focuses on the interaction between a host wheat genome and introgressed alien chromatin, at the genome and transcriptome levels. We have chosen a wheat-barley chromosome-arm addition line carrying interesting agronomical traits as a model system. We have sequenced mRNA of both parents and the addition line to reveal changes in gene expression resulting from intergenomic interactions. Due to the hexaploid nature of the wheat genome and its similarity with the barley genome, one of the difficulties was a reliable discrimination between the expression of homeologous genes of wheat and barley genes in the addition line. An important part of this work was thus to establish a reliable protocol for transcriptomic analysis in the wheat-barley addition line, and the comparison of the expression of wheat and barley genes relative to their expression in their natural background. Following this, the work focused on the analysis of genes showing differential expression in the addition line, within their genomic and evolutionary context in order to infer the effect of structural and functional features on changes in gene expression. This Thesis comprises the first large scale genome-wide transcriptomic analysis of a wheat-barley chromosome-arm addition line and delivers important insights into the transcription of both host and alien genes in an alien introgression line, thereby providing a basis for understanding the interactions between wheat and alien genes in introgression breeding materials.

Abstract:

Pšenice setá (Triticum aestivum L.) patří mezi nejdůležitější zemědělské plodiny a je základní potravinou pro více než třetinu světové populace. Zvyšování její produkce a kvality má zásadní význam pro udržení a zlepšování potravinové bezpečnosti v globálním měřítku. Křížení pšenice s divokými příbuznými druhy je osvědčený způsob jejího šlechtění a umožňuje vnášení žádaných alel, genů a genových komplexů poskytujících odolnost vůči biotickému a abiotickému stresu a jiné důležité vlastnosti. Interakce mezi hostitelským genomem a cizorodou dědičnou informací však může negativně ovlivnit agronomické vlastnosti introgresních linií a snížit potenciál jejich využití v zemědělské praxi. Tato práce se zaměřuje na interakci hostitelského genomu pšenice a vneseného chromatinu na genomické a transkriptomické úrovni. Jako modelový systém byla zvolena introgresní linii pšenice nesoucí dlouhé rameno chromozomu 7H ječmene, která se vyznačuje zajímavými agronomickými vlastnostmi. S cílem odhalit změny v genové expresi vyvolané intergenomovými interakcemi byla sekvenována mRNA obou rodičovských druhů a introgresní linie. Analýza exprese homeologních genů pšenice a genů ječmene v introgresní linii byla komplikovaná hexaploidní povahou genomu pšenice a jeho podobností s genomem ječmene. Důležitou součástí této práce byl proto vývoj spolehlivého protokolu pro analýzu transkriptomu a porovnávání exprese genů pšenice a ječmene v introgresní linii s jejich expresí v intaktních genomech. Následně byl analyzován vliv strukturních a funkčních aspektů na změny exprese genů pozorované v introgresní linii s ohledem na jejich genomický a evoluční kontext. Tato disertační práce představuje první rozsáhlou analýzu transkriptomu introgresní linie pšenice a poskytuje důležité poznatky o transkripci genů hostitele a vnesených cizích genů. Získané poznatky přispívají k pochopení interakcí mezi geny pšenice a vnesenými geny a přispějí k efektivnějšímu využití introgresí ve šlechtění této důležité plodiny.

Keywords

pšenice setá (Triticum aestivum L.), introgrese, transkriptomika, sekvenování RNA

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 12. 5. 2018

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 12. 7. 2018
• Vedoucí: prof. Ing. Jaroslav Doležel, DrSc.

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Biologie / Molekulární a buněčná biologie