Cytogenetická analýza vybraných zástupcov čeladě turovití (Bovidae) s využitím metódy komparatívnej fluorescenčnej in situ hybridizácie

Mgr. Eva Pagáčová, Ph.D.

Doctoral thesis

Cytogenetic analysis of selected species of the family Bovidae using method of comparative fluorescence in situ hybridization

Abstract:

Abstract The karyotype of domestic cattle (Bos taurus) is believed to be the ancestral karyotype of members of the other subfamilies in the family Bovidae. The karyotype of domestic cattle (bovine karyotype) consists of 58 acrocentric autosomes, a submetacentric X chromosome and a small submetacentric Y chromosome. Detailed knowledge of the karyotype of this species allowed us to identify homologies between chromosomes of bovine karyotype and chromosomes occurring in karyotypes of the investigated members of the family Bovidae. Conventional cytogenetic methods (G-painting, C-banding) and fluorescence in situ hybridization (FISH) were used for the study of karyotypes in different species. Samples were obtained from specimens of the family Bovidae kept in the ZOO Dvur Kralove. The current study defined the karyotype of Mountain Reedbuck (Redunca fulvorufula). Occurrence of two centric fusions: 6;10 and 2;25 was detected. The fusion 6;10 occurred in polymorphic form. In one animal of this species, a de novo formed fusion 6;13 was revealed, and a male with karyotype 57,XY/XYY was identified in the investigated population. Centric fusion polymorphism was investigated in 228 specimens from 21 species in the family Bovidae. Variability in diploid number of chromosomes (2n) is associated with this type of polymorphism, and was detected in three subfamilies, namely in species Mountain Reedbuck (Redunca fulvorufula), Waterbuck (Kobus ellipsiprimnus ellipsiprimnus) Defassa waterbuck (Kobus ellipsiprimnus defassa) and African forest buffalo (Syncerus caffer nanus). Total polymorphism frequency was found to be 13% in the investigated group. At the same time, a de novo centric fusion 7;29 was identified in Defassa waterbuck, and 1;13 fusion polymorphism was described for the first time in Dwarf forest buffalo. Comparative cytogenetic analysis established homology between the chromosomes of bovine karyotype and chromosomes involved in centric fusions in the karyotypes of eight spiral-horned antelopes: Nyala (Tragelaphus angasii), Greater Kudu (Tragelaphus strepsiceros), Lesser Kudu (Tragelaphus imberbis), Sitatunga (Tragelaphus spekei), Bongo (Tragelaphus eurycerus), Bushbuck (Tragelaphus scriptus), Common Eland (Taurotragus oryx) and Giant Eland (Taurotragus derbianus). The obtained cytogenetic data demonstrated phylogenetic relationships among the above mentioned species. Monophyletic origin of bushbucks was revealed, which is in accordance with the publications based on molecular techniques. The centric fusion 1;29 shared by almost all species (except for Nyala) was significant as an evolutionary marker. In the karyotype of Four-horned Antelope (Tetracerus quadricornis) five tandem fusions were detected. The largest fusion in the karyotype consisted of chromosomes homologous to bovine chromosomes 18; 5; 10 and 24. Moreover, two fusions formed by tandem fusion of three chromosomes, and two tandem fusions consisting of two chromosomes were identified. Whilst analysis of female karyotype showed that X chromosome was acrocentric, Y chromosome could not be defined because material from the male was unavailable for karyotype analysis. The use of molecular methods could be instrumental in obtaining more detailed information on phylogenetic relationships of Four-horned Antelope to other members in the family Bovidae. It was confirmed that Robertsonian translocation is the primary mechanism of evolution and divergence of the species of the Bovidae and we showed that tandem fusions partly contribute to the evolution of chromosomes in this family. The present study demonstrated that taxonomic classification of species should also be derived from their chromosome constitution. Furthermore, the importance of comparative cytogenetic analysis as a tool for identification of evolutionary relationships between selected species of the family Bovidae was documented. At present, it is necessary to perform genetic analysis of animals kept in zoological garden

Abstract:

s because they produce indistinguishable phenotypes. Reproductive competence of the animals in a herd is closely associated with their genetic constitution.

Abstract:

Abstrakt Z genetického hľadiska je považovaný karyotyp tura domáceho (Bos taurus) za predchodcu karyotypov predstaviteľov podčeľadí čeľade turovitých (Bovidae). Karyotyp tura domáceho (bovinný karyotyp) pozostáva z 58 akrocentrických autozómov, submetacentrického X chromozómu a malého submetacentrického Y chromozómu. Na základe podrobných znalostí karyotypu tohto druhu bolo možné stanoviť homológiu medzi chromozómami bovinného karyotypu a chromozómami, ktoré sú prítomné v karyotypoch zástupcov podčeľadí čeľade turovití. Pri objasňovaní karyotypov jednotlivých druhov boli využívané konvenčné cytogenetické postupy (G-pruhovanie, C-pruhovanie) a fluorescenčná in situ hybridizácia (FISH). Materiál bol získaný od druhov čeľade turovitých, ktoré žijú v prostredí ZOO Dvůr Králové. V karyotype bahnivca horského (Redunca fulvorufula) bola zistená prítomnosť dvoch centrických fúzií: 6;10 a 2;25. Fúzia 6;10 sa vyskytovala v polymorfnom stave. U jedného jedinca bola objavená fúzia 6;13, ktorá vznikla de novo a v rámci skúmanej populácie bola zistená prítomnosť samca s karyotypom 57,XY/XYY. Variabilita diploidného počtu chromozómov (2n) v dôsledku prítomnosti centrických fúzií bola sledovaná u 228 jedincov, ktorí predstavujú 21 druhov čeľade turovitých. Na základe cytogenetických metód bola prítomnosť polymorfizmu zistená v troch podčeľadiach, u druhov: bahnivec horský (Redunca fulvorufula), vodárka znamenaná (Kobus ellypsiprimnus ellypsiprimnus) vodárka jeleňovitá (Kobus ellypsiprimnus. defassa) a byvol pralesný (Syncerus caffer nanus). V skúmanej skupine jedincov bola frekvencia polymorfizmu stanovená na 13%. Súčasne bola identifikovaná centrická fúzia 7;29 u vodárky jeleňovitej, ktorá vznikla de novo a u byvola pralesného bol prvýkrát opísaný polymorfizmus vzhľadom na fúziu 1;13. Na základe komparatívnej cytogenetickej analýzy bola stanovená homológia medzi chromozómami tura domáceho a chromozómami podieľajúcich sa na centrických fúziách v karyotypoch ôsmich druhov lesoňov: nyala (Tragelaphus angasii), kudu veľký (Tragelaphus strepsiceros), kudu malý (Tragelaphus imberbis), sitatunga (Tragelaphus spekei), bongo (Tragelaphus eurycerus), lesoň (Tragelaphus scriptus), antilopa losia (Taurotragus oryx) a antilopa Derbyho (Taurotragus derbianus). Na základe získaných cytogenetických údajov boli odhalené fylogenetické vzťahy medzi uvedenými druhmi. Bolo zistené, že lesoni majú monofyletický pôvod a tento fakt bol potvrdený aj molekulárnymi metódami. Prítomnosť centrickej fúzie 1;29, ktorá bola zaznamenaná takmer u všetkých druhov (okrem nyaly) mala význam evolučného markeru. V karyotype antilopy štvorrohej (Tetracerus quadricornis) bola identifikovaná prítomnosť piatich tandemových fúzií a chromozómy, ktoré sa zúčastnili na fúziách boli homologické k bovinným chromozómom. Najväčšia fúzia pozostávala z chromozómov 18; 5; 10; 24, tri fúzie vznikli tandemovým spojením troch chromozómov a dve obsahujú tandemové usporiadanie dvoch chromozómov. Pohlavný chromozóm X je akrocentrický a chromozóm Y nebol definovaný vzhľadom k tomu, že bol analyzovaný len karyotyp samice a materiál zo samca nie je dostupný. V spojení s molekulárnymi metódami by bolo možné získať presnejšie informácie o fylogenetických vzťahoch antilopy štvorrohej v rámci čeľade turovitých. Bolo potvrdené, že centrická fúzia je primárnym mechanizmom v evolúcii druhov čeľade turovitých, ale našou prácou sme preukázali, že na evolúcii chromozómov sa čiastočne podieľa mechanizmus tandemových fúzií. V tejto práci je demonštrované, že taxonomické zaradenie druhov by sa malo odvíjať aj od ich chromozomálnej konštitúcie. Na základe získaných výsledkov bol preukázaný význam komparatívnej cytogenetiky ako nástroja na určenie e

Abstract:

volučných vzťahov medzi vybranými druhmi čeľade turovitých. V súčasnosti je nevyhnutné hodnotiť zvieratá žijúce v prostredí ZOO z genetického hľadiska, pretože rozdiely vo fenotype nie sú detekovateľné. S genetickou konštitúciou jedincov je bezprostredne spojená ich reprodukčná schopnosť a zdatnosť v rámci chovu.

Keywords

turovité, centrická fúzia, tandemová fúzia, polymorfizmus, fluorescenčná in situ hybridizácia (FISH)

Language used: Slovak

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 11. 2009

Thesis defence

• Date of defence: 11. 12. 2009
• Supervisor: prof. MVDr. Jiří Rubeš, CSc.
• Reader: prof. MVDr. RNDr. Petr Hořín, CSc., prof. RNDr. Jan Zima, DrSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / General and Molecular Genetics