Physical mapping and evolution of banana genome (Musa spp.)

Mgr. Jana ČÍŽKOVÁ

Doctoral thesis

Abstract:

Bananas (Musa spp., family Musaceae) are one of the top export commodities and an essential nutrition source for millions of people, especially in developing countries of tropical and subtropical regions. Despite the unquestionable importance of this crop, there is a lack of knowledge about the genetic diversity, phylogenetic relationships and the structure, organization and evolution of banana genome. This study employed several molecular approaches with the aim to contribute to the characterization of the genetic diversity and evolution of species belonging to the family Musaceae. Cytogenetic mapping of specific sequences on mitotic chromosomes of bananas was used to shed more light on the structure and organization of banana genome. In the first part of this thesis, analysis of the ITS region of nrDNA was used to study the phylogenetic relationships within the family Musaceae. The study provides a plausible picture of the evolution of Musaceae species which can be further utilized in improving the classification within the genus. The second part of the work was aimed at molecular analysis and cytogenetic mapping of two main banana DNA satellites. Their genomic organization and molecular diversity was estimated in a set of nineteen Musa accessions. A high potential of these satellites as cytogenetic markers was shown. Their use as probes for FISH significantly increases the number of chromosomes which can be identified in Musa. In the third part of this thesis, genetic diversity of a set of wild Musa species was analysed. The study provides a novel data on nuclear genome size and genomic distribution of rRNA genes in banana and increases the knowledge about the genome structure of wild Musa species. For molecular characterization of studied accessions, SSR genotyping and analysis of the ITS region were used confirming their usefulness for assessing the genetic diversity and evolutionary relationships among banana species.

Abstract:

Banánovník (Musa spp, čeleď Musaceae) je jednou z nejdůležitějších exportních plodin a nezastupitelný zdroj obživy pro miliony lidí žijících v rozvojových zemích tropických a subtropických oblastí. Navzdory nezpochybnitelné důležitosti této plodiny je zde nedostatek informací o genetické diverzitě, fylogenetických vztazích v rámci čeledi a struktuře, organizaci a evoluci genomu banánovníku. Tato disertační práce si kladla za cíl přispět k charakterizaci genetické diverzity a evoluce druhů čeledi Musaceae za pomoci molekulárních metod. Struktura a organizace genomu banánovníku byla studována pomocí cytogenetického mapování specifických sekvencí na mitotické chromozómy. V první části práce byla pro studium fylogenetických vztahů v rámci čeledi Musaceae využita analýza ITS oblasti ribozomální DNA. Tato studie poskytla přesvědčivý pohled na evoluci druhů čeledi Musaceae, který může být dále využitelný pro zpřesnění klasifikace jednotlivých druhů. Druhá část této práce byla zaměřena na molekulární analýzu a cytogenetické mapování dvou hlavních DNA satelitů vyskytujících se v genomu banánovníku. V souboru devatenácti zástupců rodu Musa byla určena genomická organizace a molekulární diverzita těchto DNA satelitů. Použití těchto satelitních sekvencí jako sond pro FISH výrazně zvýšilo počet chromozómů, které mohou být genomu banánovníku identifikovány, což dokazuje jejich vysoký potenciál jakožto cytogenetických markerů. Třetí část této disertační práce se zabývala charakterizací genetické diverzity planě rostoucích druhů rodu Musa. Tato studie přináší nové poznatky o velikosti jaderného genomu a distribuci rRNA genů v genomu banánovníku. Zvyšuje tak znalosti o struktuře genomu planě rostoucích druhů rodu Musa. Pro molekulární charakterizaci studovaných položek bylo použito SSR genotypování a analýza ITS oblasti. Tento přístup se ukázal jako užitečný a vhodný pro stanovení genetické diverzity a evolučních vztahů mezi jednotlivými druhy banánovníku.

Keywords

Musa, banánovník, genom, fyzické cytogenetické mapování, evoluce

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 7. 2013

Accessible from:: 12. 7. 2013

Thesis defence

• Supervisor: Prof. Ing. Jaroslav Doležel, DrSc.

PALACKÝ UNIVERSITY IN OLOMOUC

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Botany