Evoluce reprodukčních mechanismů u dvoudomých rostlin

Mgr. Tereza Králová, Ph.D.

Doctoral thesis

The Evolution of Reproductive Mechanisms in Dioecious Plants

Abstract:

Pohlavní rozmnožování zastává v evoluci a vývoji eukaryotních organismů zcela zásadní roli. Rostliny vyvinuly nepřeberné množství, často velmi komplikovaných, rozmnožovacích strategií, které jim umožňují tvorbu potomstva a zachování druhu. Dvoudomost, tedy výskyt pouze samčích nebo pouze samičích reprodukčních orgánů na jednom jedinci, se v rostlinné říši objevila mnohokrát nezávisle na sobě a je často příčinou vzniku pohlavních chromozomů. Pohlavní chromozomy rostlin jsou relativně mladé. Na rozdíl od kupříkladu savčích jsou tedy dobrým modelem pro studium časných fází evoluce pohlavních chromozomů. Mezi hlavní hybatele této evoluce patří repetitivní elementy, především retrotranspozony. Tato práce se zabývá studiem retrotranspozonů, jež kolonizují chromozom X u rostliny Silene latifolia, která je významným modelem pro studium dvoudomosti a pohlavních chromozomů. Pomocí laserové mikrodisekce byl identifikován retrotranspozon Athila CL3, který se nachází na chromozomu X ve vyšší míře, než na autozomech a zároveň téměř chybí na pohlavním chromozomu Y. Pomocí moderních metod genomiky byla studována struktura, transkripční aktivita a fylogenetická příbuznost v rámci ro-diny Athila CL3. Získaná data naznačují, že retrotranspozon Athila CL3 patří mezi staré, v současnosti již málo aktivní, retroelementy. Abnormální lokalizaci Athila CL3 v genomu S. latifolia lze vysvětlit omezenou aktivitou tohoto retrotranspozonu v samčích rostlinách, případně dalšími mechanismy, které jsou navrženy v této práci.

Abstract:

Sexual reproduction plays a crucial role in the evolution and development of eukaryotic organisms. To ensure the production of offspring and preservation of the species itself, plants have evolved diverse and often very complex reproductive strategies. Dioecy, a breeding system in which male and female organs are situated on separate individuals, evolved multiple times independently in plant kingdom and often leads to sex chromosome formation. Plant sex chromosomes are generally of more recent origin than those found in mammals, so they represent suitable models for studying the early stages of sex chromosome evolution. Repetitive elements, especially retrotransposons, rank among the most important factors affecting sex chromosome formation. This thesis is focused on retrotransposons colonizing the Y chromosome of S. latifolia, a model organism for the study of dioecy and sex chromosomes. The X-chromosome enriched retrotransposon Athila CL3 was identified using laser capture microdissection. Moreover, Athila CL3 is almost missing on Y-chromosome. The structure, transcription activity and phylogenetic relationship of the Athila CL3 family was studied by means of state-of-the-art genomic methods. Our results suggest Ahtila CL3 is mostly ina-ctive and represents an old clade in the Athila lineage. The anomalous localization pattern of Athila CL3 in S. latifolia genome can be expla-ined by the limited activity of this retrotransposon in female plants. Furthermore, alternative mechanisms responsible for Athila CL3 distribution in the S. latifolia genome are proposed in this thesis.

Keywords

determinace pohlaví, pohlavní chromozomy, Silene latifolia, Rumex acetosa, mobilní elementy, X chromozom, FISH, mikrodisekce, BAC knihovna, dvoudomost, evoluce, sex determination, sex chromosomes, transposable elements, microdissection, BAC library, dioecy, evolution

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 1. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 5. 2. 2021
• Supervisor: RNDr. Roman Hobza, Ph.D.
• Reader: prof. MVDr. Jiří Rubeš, CSc., RNDr. Jan Šafář, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Molecular and Cell Biology and Genetics / Molecular and Cell Biology and Genetics