Charakterizace jednotlivých populací dvoudomého druhu Silene latifolia pomocí vybraných repetic a možnosti studia dávkové kompenzace na cytologické úrovni

Bc. Pavla Novotná

Master's thesis

The distribution of specific tandem repeats in selected populations of dioecious plant Silene latifolia and their use to study dosage compensation using cytogenetics

Abstract:

Silene latifolia je hojně studovaná dvoudomá rostlina významná zvláště kvůli svým velkým heteromorfním pohlavním chromozomům (24, XX u samičích rostlin a 24, XY u samčích). Pozoruhodný je zejména pohlavní chromozom Y, který je 1.4x větší než chromozom X, což je významné z hlediska studia evoluce pohlavních chromozomů, dávkové kompenzace a degenerace chromozomu Y. Významný je také výskyt repeti-tivních sekvencí, které tvoří dominantní složku rostlinných genomů a hrají důležitou roli ve struktuře a dynamice velikosti Y chromozomu. Náplní této práce bylo charakte-rizovat osm populací S. latifolia na cytologické úrovni pomocí vybraných repetitivních sekvencí pro identifikaci rozdílů mezi pohlavními chromozomy a autozomy, a ověřit dříve popsané inverze. Tyto sekvence rovněž umožňují identifikovat i další chromo-zomové přestavby, ke kterým během evoluce již několikrát došlo. Pomocí tohoto po-stupu bylo zjištěno, že všechny populace se liší v počtu rDNA lokusů, a u X chromo-zomu byla nalezena v rámci dvou populací inverze v rámci STAR-C satelitu. U něko-lika populací byla také zjištěná podobná inverze u prvního autozomu, pro STAR-C i pro X43.1 satelit. U jedné populace byl nalezen autozom, u kterého došlo k rapidní duplikaci X43.1 subtelomerického satelitu, a který je náchylný na chromozomální zlomy za tvorby dicentrického chromozomu a acentrického fragmentu. Tato práce po-máhá pochopit dynamické rozdíly ve velikosti genomů u popsaných populací a ukazu-je, že nejenom u Y chromozomu dochází vlivem potlačení rekombinace k významným změnám. Získané výsledky navíc umožnili získat unikátní genetický materiál zkříže-ním dvou studovaných populací. Tato nově vzniklá varianta umožnuje rozlišení pater-nálního a maternálního chromozomu, a je vhodná pro další studium dávkové kompen-zace pomocí immunobarvení, které bylo testováno pro dvě epigenetické značky, 5mC a H3K4me2. Diplomová práce zahrnuje přípravu chromozomových preparátů, metodu imunobarvení, značení sond, FISH, obrazovou analýzu získaných dat a popsání pro-blematiky.

Abstract:

Silene latifolia is a model species to study sex chromosome evolution, dosage com-pensation and Y degeneration. The sex chromosomes in this plant are heteromorphic (24, XX female, 24, XY male), and compared to animals are relatively young (10MYA). The Y chromosome is 1.4 times larger than the X chromosome, and pos-sesses many repetitive elements which are abundant and play a major role in sex chromosome structure, genome dynamics and gene expression. The aim of this work was to characterize eight populations of S. latifolia at the cytogenetic level using re-petitive sequences to identify differences between the sex chromosomes and auto-somes, and to detect previously confirmed Y chromosome inversions. Using previous-ly described satellite repeats, it was possible to detect all rDNA loci which were found to differ between all studied populations. Further, two populations possess pericentro-meric inversion on the X chromosomes in STAR-C satellite and, in some populations, the first autosome underwent the same pericentric inversion in STAR-C satellite, and also for X43.1 tandem repeat. This repeat was found to be rapidly duplicated in one autosome of LEL population, which is prone to chromosome breakage forming new dicentric chromosome and acentric fragment. This study gives new insights in the ge-nome size dynamics for studied populations and for the first time describes that chro-mosomal rearrangements occurs not only in the Y chromosome. The results of this work allow to distinguish the paternal and maternal chromosomes in females which was made possible thanks to the specific crosses between two selected populations. This unique genetic material is suitable for immunolocalization experiments, tested for antibodies against 5mC and H3K4me2. This diploma thesis includes the prepara-tion of chromosome specimens, immunostaining, probes labeling, FISH, image analy-sis and presentation of obtained data.

Keywords

Silene latifolia, epigenetika, repetitivní sekvence, dávková kompenzace, pohlavní chromozomy

Keywords

Silene latifolia, epigenetics, repetitive seqences, dosage compensation, sex chromosomes

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Dalibor Húska, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Master programme / field:
Plant Production / Plant Biotechnology