The effect of hybridization and polyploidy on spermatogenic and embryonic processes.

Bc. Tomáš TICHOPÁD

Master's thesis

Abstract:

Polyploidization and hybridization played a crucial role in a formation of new species. These connected evolutionary processes are well studied in plants, however, their effects on a molecular level are less known in vertebrates. Naturally, such drastic changes as whole genome duplication and disruption of allelic balance can lead to dramatic changes in well-established processes during ontogeny. Zygotic genome activation is one of the first processes that can be disrupted. In the early development, embryo relies on maternal products that lead the development until embryo starts his own transcriptional activity and maternal products are destroyed. Secondly, spermatogenesis in hybrid heterozygous sex frequently produces defective sperms. In this work, firstly of all, I roughly determine embryo stage in which zygotic transcriptional activity is required using alfa-amanitin that inhibits RNA polymerase II, and then collect embryos at defined stages. The second part of the experiment is molecular insight on hybrid testes and their differences in comparison to parental species. In both cases, experimental fish with stable polyploidy and hybridization from genus Cobitis was used, and all samples were sequenced using Illumina NextSeq 500 High-Output. Finally, new extension based on single nucleotide polymorphisms between hybrids for determination of zygotic genome activation by RNA-Seq method was shown.

Abstract:

Polyploidizace a hybridizace sehrály významnou roli při tvorbě nových druhů. Tyto propojené evoluční procesy jsou dobře studovány v rostlinách, nicméně jejich účinky na molekulární úrovni jsou méně známé u obratlovců. Samozřejmě takové drastické změny, jako je celková duplikace genomu a narušení alelické rovnováhy, mohou vést k dramatickým změnám dobře zavedených procesů během ontogeneze. Aktivace zygotického genomu je jedním z prvních procesů, které mohou být takto narušeny. Při počátečním vývoji se embryo spoléhá na mateřské produkty, které řídí jeho vývoj, dokud nezačne svoji vlastní transkripční aktivitu a nedegraduje maternální RNA a proteiny. Druhým takovým procesem je může být spermatogeneze, kde heterozygotní pohlaví u samců často produkuje defektní spermie. V této práci jsem s použitím alfa-amanitinu zhruba určil embryonální stádium, ve kterém je vyžadována zygotická transkripční aktivita nutná k vývoji. Alfa-amanitin inhibuje RNA polymerázu II. Druhou částí experimentu je molekulární náhled do hybridních pohlavních orgánů a jejich rozdíly pří tvorbě gamet ve srovnání s rodičovskými druhy. V obou případech byly použity experimentální ryby se stabilní polyploidií a hybridizací z rodu Cobitis a všechny vzorky byly sekvenovány za použití vysoce výkonné sekvenační metody Illumina NextSeq 500 High-Output. Taky byla představena jednoduchá metoda založená na polymorfismech mezi hybridy, která dokáže určit aktivaci genomu u hybridních druhů.

Keywords

maternální přechod k zygotickému, aktivace zygotického genomu, polyploidizace, spermatogeneze, hybridizace

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 7. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 24. 8. 2017
• Supervisor: RNDr. Karel Janko, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Experimental Biology