Analýza genomu rostlin pomocí tříděných chromozómů

Mgr. Petr CÁPAL

Doctoral thesis

Plant genome analysis using flow sorted chromosomes

Abstract:

Plant genomes exhibit an impressive range of sizes and very often the species that are in focus of plant scientists exhibit extraordinary large genomes. The next generation sequencing technology enabled a large number of plant genomes to be sequenced, generating vast amount of data. However the short-read sequences thus obtained are generally difficult to assemble into a faithful approximation of the original genome due to the nature of plant genetic information. The present thesis in the first chapter describes how the plants obtained such difficult-to-analyze genomes and describes the three main drivers behind this phenomenon the series of whole genome duplication events that occurred during their evolution, abundance of repetitive elements either scattered or clustered in their genomes and finally the presence of similar but not identical subgenomes in case of polyploid plants. The analysis of complex polyploid and highly repetitive plant genomes can be significantly simplified by dissecting them into their natural subunits chromosomes by flow cytometry. The analysis of plants by flow cytometry and uses of flow-sorted chromosomes are the topics of the second chapter. The sorting of chromosomes in plants has its limitations due to their similar size and DNA content. To overcome this limitation a method for obtaining DNA from single copies of chromosome was developed. The third and final part of this thesis provides a review of single cell and single chromosome methods and their possible outcomes for analyzing plant genomes and broadening the possibilities of application of sorted chromosomes in plant genomics.

Abstract:

Pro genomy rostlin je mimo jiné charakteristické velké rozpětí jejich velikostí. Druhy rostlin, které jsou předmětem vědeckého zkoumání, mají často značně velký genom. Pokročilé sekvenační metody umožnily prozkoumání genomů řady zástupců rostlinné říše a vygenerovaly obrovská množství dat. Fragmentovaná sekvenační data je však obecně velmi obtížné sestavit do alespoň přibližného obrazu původního genomu a to díky vlastnostem rostlinných genomů. Předkládaná práce v první kapitole přibližuje, jak rostliny přišly k tak složitým genomům a popisuje tři klíčové fenomény série celogenomových duplikací, které se odehrály v průběhu evoluce a speciace, nahromadění repetetivních elementů v jejich genomech a v neposlední řadě přítomnost navzájem podobných subgenomů u polyploidních rostlin. Analýza komplexních genomů může být zjednodušena jejich rozdělením na přirozené podjednotky chromozomy pomocí průtokové cytometrie. Tyto analýzy a využití tříděných chromozomů v genomice rostlin jsou tématem druhé kapitoly. Třídění chromozomů je u mnoha druhů rostlin komplikováno malými rozdíly v jejich velikosti. S cílem překonat toto omezení byla vyvinuta metoda pro získávání chromozomově specifické DNA z jednoho jediného tříděného chromozomu. Třetí a poslední kapitola této práce shrnuje metody analýzy jedné buňky či jednoho chromozomu a nastiňuje jejich využití v genomice rostlin.

Keywords

Genomika rostlin, průtoková cytometrie, třídění chromozómů, genomika na úrovni jedné buňky/chromozomu

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 7. 10. 2016

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: prof. Ing. Jaroslav Doležel, DrSc.

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Doctoral programme / odbor:
Biology / Molecular and Cell Biology