Využití metod sekvenace DNA v ichtyologii

Jakub Friedl

Bachelor's thesis

The use of DNA sequencing methods in ichthyology

Abstract:

Několik prvních stránek práce je věnováno základním informacím o deoxyribonukleové kyselině (DNA), historii jejího objevu a jejím nejdůležitějším vlastnostem. Další kapitola se věnuje principům sekvenačních metod, od historických počátků krátce po objevení struktury DNA, kdy bylo sekvenování DNA považováno za obtížnější problém než sekvenování proteinů, přes první efektivní sekvenační metody včetně metody Sangerovy, až po masivně paralelní sekvenační metody druhé generace a nejnovější metody schopné sekvenovat jednotlivé molekuly DNA. Součástí je i shrnutí vlastností, výhod a nevýhod dnes nejpoužívanějších sekvenačních metod druhé generace. Následuje část, která se zabývá zpracováním získaných sekvenčních dat, určováním bází a skládáním sekvencí, alignmentem a databázemi sekvencí a jejich vyhledáváním. Dále se práce zabývá využitím sekvenování DNA (obvykle části mitochondriálního genu pro podjednotku I cytochrom c oxidázy) k identifikaci známých druhů (technika DNA barcodingu). Jsou uvedeny příklady jeho využití pro identifikaci rybích produktů na trhu (kde je velmi vysoký výskyt různých podvodů včetně zdraví ohrožujících), identifikaci rybí potravy z morfologicky již neurčitelného obsahu trávící soustavy, využití z hlediska biologické bezpečnosti (invazivní druhy, přenašeči chorob) a ochrany druhů při importu ryb přes hranice až po využití při identifikaci druhů ze vzorků prostředí (metabarcoding). Následující část se věnuje problematice fylogenetické analýzy na základě sekvence DNA. Popisuje základní metody fylogenetické analýzy, zejména principy metody maximální úspornosti, maximální věrohodnosti i bayesovské analýzy. V další části se věnuji nejznámějším programům pro fylogenetickou analýzu. Poslední část rešerše se věnuje využití masivně paralelního sekvenování a mnoha lokusů ve fylogenetické analýze. V závěru autor shrnuje současný rozvoj sekvenačních metod a jejich využití a zamýšlí se nad jejich rostoucím významem.

Abstract:

The first few pages of the thesis are dedicated to the basic information about the deoxyribonucleic acid (DNA), the history of its discovery and its most important properties. The next chapter focuses on the principles of the DNA sequencing methods, from the very beginnings short after the discovery of the DNA structure, to the first effective sequencing methods including the Sanger method, the massively parallel sequencing methods of the second generation and the most recent single molecule sequencing methods. The summary of the properties, advantages and disadvantages of the most popular sequencing methods currently in use is included. The next part of the thesis describes the processing of raw sequencing data, including the base-calling, the sequence assembly, alignment, sequence databases and searching. DNA barcoding, the method which uses DNA sequencing (usually sequencing of a part of the subunit I of the mitochondrially encoded cytochrome c oxidase) for species identification, is described in the next part. Examples of the use of this method are given, such as the identification of mislabelled fish food products (frauds in this industry are common and some may be harmful to health), the identification of morphologically unrecognizable prey in fish digestive systems, the use in biosecurity control and biodiversity protection, and the use for identification of species from environmental samples (metabarcoding). The next chapter is dedicated to the phylogenetic analysis based on DNA, especially the DNA sequence. The basic methods are described, including the principles the maximum parsimony, the maximum likelihood and the Bayesian inference. The most well know programs for phylogenetic analysis are described. The last part focuses on the use of modern masivelly paralel sequencing methods and multiple locuses in the phylogenetical analysis. In the end, the author summarizes the current development and considers the increasing importance of the DNA sequencing in biology and ichthyology.

Keywords

fylogenetika, program, sekvenace, analýza, barcoding

Keywords

phylogenetics, program, sequencing, analysis, barcoding

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 4. 2015

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Lukáš Kalous, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / field:
Animal Science / Companion Animals