Rekonstrukce kompletní chloroplastové DNA u vybraných rostlinných druhů a jejich komparativní analýza

Bc. Lucie BÍLKOVÁ

Master's thesis

Assembly of complete chloroplast genome sequence in selected plant species and their comparative analysis

Abstract:

Předložená diplomová práce se zabývá rekonstrukcí kompletní chloroplastové DNA u vybraných taxonů rodu Dactylorhiza a jejich anotací a následnou komparativní analýzou. Předmětem teoretické části diplomové práce bylo vypracovat literární rešerši, která se zaměřuje na strukturu a organizaci genomu vyšších rostlin, zejména na mimojadernou DNA, konkrétně chloroplastovou DNA, její využití a sekvenační přístupy využívané pro sestavení celogenomové sekvence chloroplastové DNA. V praktické části byla analyzována Next-Gen data (Illumina sekvence), provedena de novo rekonstrukce chloroplastové DNA s následným in silico i experimentálním ověřením. Byla rovněž provedena anotace kompletní chloroplastové DNA a fylogenetická analýza. Podařilo se zrekonstruovat celkový genom chloroplastové DNA u osmi studovaných taxonů rodu Dactylorhiza. U druhu Dactylorhiza fuchsii subsp. soóana se povedlo složit celkový clDNA genom v jednom dlouhém scaffoldu. Pouze u jediného druhu, Dactylorhiza bohemica, se nepodařilo složit celkový genom clDNA. Na základě provedených analýz bylo zjištěno, že velikost chloroplastové DNA studovaných taxonů rodu Dactylorhiza je 154 113 - 156 724 kb. Proteiny kódující geny, tRNA a rRNA tvořily zhruba 70 % celého genomu chloroplastu. Z toho připadalo zhruba 48 % na proteiny kódující geny, 19 % na geny pro tRNA a 3 % na geny pro rRNA. Zbylých 30 % genomu tvořily inter-genové mezerníky, introny a pseudogeny. V oblasti velké kódující podjednotky bylo přítomno přibližně 47 % genů, v oblasti malé kódující podjednotky přibližně 9 % genů a v oblastech duplikace přibližně celkem 44 % genů.

Abstract:

The thesis deals with use of partial illumina sequencing data of total genomic DNA for de-novo assembly of a complete chloroplast genome. Paired-end illumina sequences of nine selected representatives of Dactylorhiza genus and two different assembly programs using different computing algorithms were used to verify this task. The theoretical part of the master thesis focuses a genome structure and organization of higher plants, especially extracellular DNA, namely chloroplast DNA; sequencing techniques and bioinformatics tools used for reconstruction of whole chloroplast genome sequence as well as utilization of clDNA sequences in phylogenetic studies. The practical part of the thesis was focused on analyzes Next-Gen data (Illumina sequencing), de-novo assembly of chloroplast DNA and a subsequent in silico analysis and experimental verification. Out of nine analyzed representatives, complete chloroplast genome was reconstructed in eight of them. By my approach, I was not able to reconstruct whole genome sequence only in one analyzed dataset of Dactylorhiza bohemica. Based on the analyses carried out in this thesis, it was discovered that the size of the chloroplast DNA of the studied Dactylorhiza genus taxa is 154 113 - 156 724 kb. Protein coding genes, tRNA and rRNA, represented approximately about 70% of the whole chloroplast genome. About 48% of chloroplast genome was specific to protein-coding genes, 19% to tRNA genes, and 3% to rRNA genes. The remaining 30% of the genome was composed of intergenic spacers, introns, and pseudogenes. Approximately about 47% of the genes were present in the large single copy regions, 9% in the small single copy regions, and 44% in the inverted repeats region. The results obtained in the diploma thesis can be used in future for analysis of evolutionary relationships in Dactylorhiza as well as in broader groups of orchids.

Keywords

bioinformatika, chloroplastová DNA, sekvenování

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 4. 2018

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Eva Hřibová, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Molecular and Cell Biology