Studium organizace hybridních a polyploidních genomů

Mgr. Veronika BUREŠOVÁ

Doctoral thesis

Study of hybrid and polyploid genomes organization

Abstract:

Understanding structure and organization of plant genomes is one of the great challenges of current biology. Improvement of existing and introduction of new methods is necessary step for increasing our knowledge of mechanisms and processes which participate evolution of plant genomes. Molecular cytogenetics and microscopy methods enable the detailed analyses of the structure, evolution and variability of genomes. In addition, detailed understanding of plant genome structure can be beneficial for plant breeding. The first part of the thesis focuses on the genome analysis of introgression lines of wheat-Th. ponticum with blue aleurone trait which exhibit significantly increased level of anthocyanins compare to the common varieties of wheat. The aim of our study was to characterize genomic constitutions of these elite lines using fluorescence in situ hybridization (FISH). Our results revealed large variation in genome composition of blue-aleurone wheats. We identified six different types of the Th. ponticum introgressions and this confirmed the hypothesis that alien chromatin from Th. ponticum activates the blue aleurone trait present, but inactivated, in common wheat lines. Flow cytometry is the next important tool for analysis of complex hybrid and polyploid genomes. Dividing the genome into small defined units, chromosomes, makes the sequencing of large genomes easier. Nevertheless, chromosomes of the majority of species have the same or very similar relative DNA content and thus, it is unable to sort them by conventional flow cytometry. Fortunately, the development of fluorescent in situ hybridization in suspension (FISHIS) is elegant solution of this situation. This method allows specific chromosome flow-sorting based on combination fluorescent signal of oligonucleotide SSR probe(s) and DAPI staining. The second part of the thesis deals with the optimization of FISHIS methodology for flow cytometric analysis in selected species of the Triticeae tribe, including Triticum or Aegilops species.

Abstract:

Porozumění struktuře a organizaci rostlinných genomů je jednou z velkých výzev současné biologie. Zdokonalování stávajících a zavádění nových metod je nezbytným krokem k rozšíření našich znalostí o mechanismech a procesech, které se účastní evoluce rostlinných genomů. Molekulární cytogenetika a mikroskopické techniky patří ke standartním metodám tohoto šetření. Tyto techniky umožňují detailní studium variability, struktury a evoluce rostlinných genomů. Takové poznání genomu rostlin může rovněž hrát zásadní roli ve šlechtění rostlin. První část práce je zaměřena na analýzu genomu introgresních linií pšenice a pýru pontického s modrým aleuronem. Tyto linie vykazují výrazně vyšší hladinu antokyanů v porovnání s běžnými odrůdami pšenice. Cílem naší studie bylo charakterizovat genomové složení těchto linií pomocí fluorescenční in situ hybridizace (FISH). Naše výsledky odhalily velké rozdíly v genomovém složení u modrozrnných pšenic. Celkem jsme identifikovali šest různých typů introgrese pýru pontického. Toto zjištění tak potvrdilo hypotézu, že přítomnost cizího chromatinu, v tomto případě pýru, aktivuje gen pro modrý aleuron, který zůstává u běžné pšenice neaktivní. Průtoková cytometrie je dalším důležitým nástrojem v analýze hybridních a polyploidních genomů. Rozdělení genomu na malé jasně definované jednotky, chromozomy, činí sekvenování velkých genomů daleko snazší. Nicméně chromozomy většiny druhů mají stejný nebo velmi podobný relativní obsah DNA a tudíž třídění takových chromozomů běžnou průtokovou cytometrii není možné. Naštěstí vývoj fluorescenční in situ hybridizace v suspenzi (FISHIS) je elegantním řešením této situace. Tato metoda, založená na kombinaci fluorescenčního signálu oligonukleotidových mikrosatelitních sond a DAPI barvení, umožňuje třídění jednotlivých chromozomů. Druhá část této práce se zabývá optimalizací metodiky FISHIS pro průtokovou cytometrii vybraných rodů kmene Triticeae (Triticum, Aegilops).

Keywords

genom, pšenice setá, polyploidie, intespecifická hybridizace, FISH

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 1. 2016

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. David Kopecký, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Botany