Fylogenetická analýza tribu Boechereae

Bc. Jana Straková

Diplomová práce

Phylogenetic analysis of the tribe Boechereae

Anotace:

Chloroplastové genomy jsou vysoce konzervované a široce využívané k získávání poznatků o fylogenezi a komparativní genomice. Tato diplomová práce se zaměřila na de novo sestavení, anotaci a komparativní analýzu chloroplastových genomů u 78 druhů z tribu Boechereae z čeledi brukvovitých (Brassicaceae). Rod Boechera představuje modelový systém pro studium apomixie, nepohlavního způsobu rozmnožování rostlin spojeného s hybridizací a polyploidizací. Porozumění tomuto mechanismu má potenciální využití v zemědělství, zejména pro zachování žádoucích vlastností plodin v průběhu generací. Boechera navíc zahrnuje jediné dobře zdokumentované případy apomiktických hybridů u diploidních druhů v rámci čeledi brukvovitých. Pomocí dat z Illumina sekvenování jsme úspěšně sestavili úplné chloroplastové genomy 78 druhů metodou de novo pomocí nástroje GetOrganelle. Anotované genomy vykazovaly typickou kvadripartitní strukturu a vysoký stupeň genové konzervace, obsahovaly 131 genů s menšími odchylkami v přítomnosti genu infA a v počtu kopií genu ycf1. Analýza repetic odhalila převahu mononukleotidových mikrosatelitů a konzistentní výskyt dlouhých tandemových repetic typu forward a palindromických napříč druhy. Fylogenetická analýza založená na celých chloroplastových genomech přinesla dobře podpořené vztahy, přičemž rod Boechera netvořil monofyletickou skupinu, což naznačuje možnou probíhající hybridizaci v rámci tribu. Tato studie poskytuje první ucelený soubor anotovaných chloroplastových genomů pro Boechereae a poukazuje na nutnost kombinovat jaderná i plastidová genomická data pro objasnění složitých evolučních vztahů v rychle diverzifikujících se skupinách rostlin.

Abstract:

Chloroplast genomes are highly conserved and widely used to provide insights into phylogenetic and comparative genomics. This thesis focused on the de novo assembly, annotation and comparative analysis of chloroplast genomes from 78 species within the Boechereae tribe of the Brassicaceae family. The genus Boechera is a model system for studying apomixis, an asexual form of plant reproduction associated with hybridization and polyploidy. Understanding this mechanism holds potential for agriculture, especially in preserving desirable crop traits across generations. Boechera includes the only well-documented cases of apomictic hybrids in diploid species within the Brassicaceae family. Using data from Illumina sequencing, we successfully assembled complete chloroplast genomes of 78 species de novo with GetOrganelle. The annotated genomes exhibited the typical quadripartite structure and high gene conservation, containing 131 genes with minor variation in the presence of infA and the copy number of ycf1. Repeat analysis revealed predominantly mononucleotide microsatellites as well as forward and palindromic long tandem repeats which were consistent across species. Phylogenetic analysis based on whole chloroplast genomes produced well-supported relationships, although Boechera did not form a single monophyletic group, suggesting possible ongoing hybridization within the tribe. This study provides the first comprehensive set of annotated chloroplast genomes for Boechereae and suggests integrating both nuclear and plastid genomic data to resolve complex evolutionary relationships in rapidly diversifying plant lineages.

Keywords

Boechereae, Brassicaceae, de novo assembly, chloroplast, cpDNA, phylogeny, fylogeneze

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 14. 5. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 25. 6. 2025
• Vedoucí: RNDr. Terezie Malík Mandáková, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Jana Fulnečková, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Matematická biologie a biomedicína / Biomedicínská bioinformatika