Epigenetické mechanismy vs. RNA řízená editace genů v jednobuněčných zelených mikrořasách

Ing. Romana Bačová

Doctoral thesis

Epigenetic mechanisms vs. RNA directed gene editing in unicellular green microalgae

Abstract:

První část práce je věnována studiu epigenetické regulace genů v zelených jednobuněčných řasách. Popisuje vliv prostředí na metylaci DNA, modifikace histonů, strukturu chromatinu i RNA interference a dotýká se i jejich vlivu na metabolom. Blíže se zaměřuje na metylace DNA – interakce s vnějším prostředím, reakce na stres. Konkrétně byl studován vliv demetylačního činidla 5-azacytidnu a CdCl2 na množství 5-mC a metabolitů methioninového cyklu v Chlamydomonas reinhardtii a Scenedesmus quadricauda v souvislosti s produkcí sekundárních metabolitů. Druhá část práce je zaměřena na genetické inženýrství. Konkrétně byla použita metoda CRISPR/Cas9, jakožto RNA-řízená editace genů u modelového organismu C. reinhardtii. Byla provedena optimalizace na chloroplastovém genu cpFTSY, projevující se změnou fenotypu u mutovaných kolonií. Dále byl CRISPR/Cas9 použit pro editaci adiposupresorového genu WDTC1. U obou genů jsme získali mutanty, jejichž DNA byla opravena pomocí NHEJ i HDR. Pomocí NileRed analýzy byl u dvou ∆WDTC1 kolonií prokázán zvýšený obsah TAG. Epigenetické mechanismy je třeba dále studovat pro pochopení adaptace mikrořas na stres a okolní prostředí, což nám dodává cenné informace pro poznání nových transkripčních faktorů či lepší pochopení metabolických drah. Tyto informace se dají využít pro řízenou editaci genů, vedoucí ke zvýšenému množství biologicky aktivních látek mikrořas, a to bez omezení nárůstu biomasy.

Abstract:

The first part of the thesis is devoted to the study of an epigenetic regulation of genes in unicellular green microalgae. The influence of environment on DNA methylation level, histones modifications, chromatin structure and RNA interferences are described as well as their effect on metabolome. The work focuses more closely on the effect of the demethylation reagent 5-azacytidine and CdCl2 on the amount of 5-mC and metabolites of the methionine cycle in Chlamydomonas reinhardtii and Scenedesmus quadricauda in the context of the production of secondary metabolites. The second part of the thesis is focused on genetic engineering. Specifically, the CRISPR/Cas9 method was used as RNA-directed gene editing in the model organism, C. reinhardtii. An optimization of the cpFTSY chloroplast gene was performed, demonstrating phenotypic change in mutated colonies. Furthermore, CRISPR/Cas9 was used to edit the adiposuppressor gene WDTC1. For both genes we obtained mutants whose DNA was repaired using both NHEJ and HDR. Using the fluorescence NileRed analysis, two ΔWDTC1 colonies demonstrated an increased TAG content. Epigenetic mechanisms should be studied more to understand the adaptation of microalgae to stress and the environment, providing valuable information for knowledge of metabolic pathways, transcription factors. This information can be used for controlled gene editing, resulting in increased amounts of product for the same or better biomass growth.

Keywords

CRISPR/Cas9, 5-metylcytosin, mikrořasy

Keywords

5-methylcytosin, CRISPR/Cas9, microalgae

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 5. 2019

Thesis defence

• Supervisor: prof. RNDr. Bořivoj Klejdus, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Doctoral programme / field:
Chemistry / Agricultural Chemistry