Studium evoluce rodu Silene

RNDr. Michaela Marková, Ph.D.

Doctoral thesis

A study of the evolution of the genus Silene

Abstract:

Ve své dizertační práci jsem se zaměřila na studium mezidruhového hybrida Silene latifolia x Silene viscosa. V původním kontextu byl tento kříženec mezi dvoudomým a hermafroditním druhem sestrojen za účelem studia evoluce pohlavních chromozomů rodu Silene. Výzkum byl dále rozšířen o jeho podrobnou molekulárně-cytogenetickou charakterizaci a studium interakce rodičovských genomů v hybridu, a nakonec tento organismus našel využití jako interní standard pro cytogeneticko-fylogenetické analýzy. Hybridní status a cytogenetickou stabilitu genomu experimentálních rostlin jsem ověřila metodou GISH. Porovnala jsem velikosti rodičovských genomů a zjistila, že o 20 % větší genom S. latifolia (především díky velkému pohlavnímu chromozomu X) obsahuje druhově specifické repetitivní sekvence, jejichž akumulace zřejmě se zvětšováním velikosti genomu a pohlavních chromozomů souvisí. Studovala jsem také marker DD44, který je u S. latifolia vázán na pohlavní chromozomy. V hybridu byl signál sondy DD44 lokalizován na jednom autozomu pocházejícím ze S. viscosa. Nabízela se zde tedy možná souvislost mezi tímto autozomem a evolučním progenitorem pohlavních chromozomů u Silene. Tuto teorii však nebylo možno potvrdit, neboť z mých výsledků vyplynulo, že chromozomy S. latifolia a S. viscosa divergovaly již natolik,že se při meióze téměř nepárují. Během druhé poloviny doktorského studia jsem vyvinula doplňkovou fylogenetickou metodu, založenou na fluorescenční in situ hybridizaci. Tento nově navržený fylogenetický přístup jsem úspěšně aplikovala na 15 druhů rodu Silene.Definovala jsem veličinu logDA(distinguishing ability) neboli rozlišovací schopnost sondy, díky níž je možné výsledky korelovat s klasickým fylogenetickým přístupem, založeným na sekvencích DNA. Naše získaná cytogenetická data byla ve všech případech v souladu s fylogenetickým stromem zkonstruovaným na základě sekvencí ITS rDNA a hodnoty logDA v silné korelaci s fylogenetickou vzdáleností druhů. Tato metoda je v patentovém řízení a byla publikována.

Abstract:

The aim of my PhD study was a detailed cytogenetic survey of S. latifolia x S. viscosa hybrid plants. The original purpose to construct a hybrid between dioecious and hermaphroditic species was to study sex chromosome evolution. In the next step, the research was extended with detailed karyological analysis and study of the interaction between parental genomes. I the last step, we used the hybrid as an internal standard to study fylogenetic relationship between Silene species. Firstly, I proved the hybrid origin and cytogenetic stability of experimental plants by the GISH procedure. I measured that S. latifolia genome is 1.2 times bigger than S. viscosa genome (mostly because of the large size of the X chromosome), probably caused by accumulation of species-specific repetitive sequences in S. latifolia genome. I also studied the localization of a sex chromosome-linked marker DD44. In the genome of hybrid I found a signal on one autosome, which came from the S. viscosa parent. I was especially interested in pairing of the DD44 bearing chromosomes, because there could be a consequence between this autosome and a progenitor of sex chromosomes in Silene. We were not able to prove this theory, because S. latifolia and S. viscosa chromosomes probably diverged so much from their common ancestor that they are no more able to pair in meiosis. In the second part of my PhD study, I developed a new additional phylogenetic method, based on fluorescent in situ hybridization. I successfully tested this method in 15 Silene species and I have defined a new parameter logDA that enabled us to correlate our data with conventional phylogenetic trees based on DNA sequences. Our cytogenetic data are in accordance with rDNA based phylogenetic tree and logDA values are in strong correlation with phylogenetic distances of studied species. This method is protected by a patent pending and it was published.

Keywords

Silene, pohlavní chromozomy, in situ hybridizace, fylogenetika

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 8. 2009

Thesis defence

• Date of defence: 15. 9. 2009
• Supervisor: RNDr. Bohuslav Janoušek, Ph.D.
• Reader: prof. MVDr. Jiří Rubeš, CSc., prof. RNDr. František Marec, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Genetics