Nemendelistická dědičnost u rostlinných hybridů

Bc. David TATALÁK

Master's thesis

Non-Mendelian inheritance in plant hybrids

Abstract:

Genome dominance is a phenomenon in which the rules of Mendelian inheritance are violated. It is relatively common in interspecific and intergeneric hybrids, i.e. individuals created by crossing two different species or genera. Within the hybrids, one subgenome may become dominant while the submissive subgenome may get eliminated. Genome dominance has been well studied in Festuca x Lolium. The Lolium subgenome is dominant with this hybrid which is manifested at several levels including whole genome, gene as well as chromosomal level. It has been reported that Festuca chromosomes get eliminated over the generations but detailed knowledge of the mechanisms is still lacking. It has been proposed that silencing of Festuca variants of kinetochore genes plays a role in this process. The first goal was the establishment of knock out lines of A. thaliana for the kinetochore genes CENPC and NDC80 to be available for further research. The CRISPR/Cas9 technique was used. In the case of CENPC gene, none of the positively transformed seed was viable, which could be attributed to the importance of CENPC gene in plants. For the NDC80 gene, we obtained a total of 17 lines with the mutation introduced within the gene of interest in T1 generation from which we propagated the most promising lines into T2 generation. These will be used to create interspecific hybrids to mimic the homoeologous specific gene silencing observed in Festuca x Lolium. The second task of this work was to test whether the homoeologous kinetochore proteins can be freely interchanged during the kinetochore assembly. Using yeast two-hybrid assay, we wanted to analyse the binding between interacting partners of the kinetochore complex MIS12 and NNF1 and NDC80 and NUF2 and estimate changes in the interactions when homologous or homoeologous proteins are combined. However, due to persistent problems, the results are inconclusive.

Abstract:

Genomová dominance je fenomén, při kterém dochází kporušení pravidel mendelistické dědičnosti. Poměrně častý je u mezidruhových a mezirodových hybridů, tedy jedinců vzniklých křížením dvou různých druhů či rodů. U hybridů se jeden subgenom může stát dominantním, zatímco submisivní subgenom může být eliminován. Genomová dominance byla důkladně studována u hybridů Festuca x Lolium. U tohoto hybrida je dominantní subgenom Lolia, tato skutečnost se projevuje na několika úrovních od celého genomu, přes chromozomální úroveň až na úrovneň jednotlivých genů. Bylo prokázábo, že jsou Festukové chromozomy v průběhu generací eliminovány, ale podrobné znalosti o mechanismech stále chybí. Bylo nastíněno, že umlčení variant Festukových kinetochorových genů může hrát roli v celém procesu. Prvním cílem bylo vytvoření knock-out linií A. thaliana pro kinetochorové geny CENPC a NDC80, které měli být následně využity pro další výzkum. Byla použita technika CRISPR/Cas9. V případě genu CENPC nebylo žádné z pozitivně transformovaných semen životaschopné, což lze přičíst důležitosti genu CENPC v rostlinách. Pro gen NDC80 jsme získali celkem 17 linií s mutací zavedenou v zájmovém genu v T1 generaci, ze které jsme propagovali nejslibnější linie do T2 generace. Ty budou použity k vytvoření mezidruhových hybridů k napodobení homologního specifického genového umlčování pozorovaného u Festuca x Lolium hybridů. Druhým úkolem této práce bylo otestovat, zda mohou být homoeologní kinetochorové proteiny volně zaměňovány během sestavování kinetochorů. Pomocí metody Yeast two-hybrid jsme chtěli analyzovat vazbu mezi interagujícími partnery kinetochorového komplexu MIS12 a NNF1 a NDC80 a NUF2 a odhalit změny v interakcích při kombinaci homologních nebo homoeologních proteinů. Vzhledem k přetrvávajícím problémům jsou však výsledky neprůkazné.

Keywords

CRISPR/Cas9, Festulolium, Genomová dominance, Kinetochorové proteiny, Mezidruhová hybridizace, Nemendelistická segregace chromozomů, Nemendelistická dědičnost, Protein-proteinové interakce, Rostliny, Yeast two-hybrid

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Jana Szecówka, PhD.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biotechnology and Genetic Engineering / Biotechnology and Genetic Engineering