Piotr A. ZiółkowskiGrzegorz Koczyk

Jan Sadowski

Mechanizmy Ekspansji i Redukcji Genomów RoślinnychUjawnione w Analizie Mutacji „Indel”

Instytut Genetyki RoślinInstytut Genetyki RoślinPolskiej Akademii NaukPolskiej Akademii Nauk

Wykorzystanie zasobów obliczeniowych Krajowej Sieci Naukowej

do analizy zdarzeń insercji-delecji u Arabidopsis thaliana

Genom Arabidopsis thaliana

30.5 Mb 19.7 Mb 23.5 Mb 18.6 Mb 27.0 Mb

1 2 3 4 5

Zestawy klonów BAC dla linii Columbia (115 Mb)

Kontigi klonów plazmidowychdla linii Landsberg erecta

(95 Mb)

Przypisaniekontigów Ler do chromosomów Col

30.5 Mb 19.7 Mb 23.5 Mb 18.6 Mb 27.0 Mb

1 2 3 4 5

Poszukiwanieindeli pomiędzy sekwencjami obu linii

30.5 Mb 19.7 Mb 23.5 Mb 18.6 Mb 27.0 Mb

1 2 3 4 5

Poszukiwanieindeli pomiędzy sekwencjami obu linii

Identyfikacjamechanizmu odpowiedzialnego za powstanie mutacji

rekombinacja niewyrównana

wstawienie/wycięcie transpozonu

BLASTZ

Użyty do porównywania genomów mysiego i ludzkiego

Łączy rezultaty BLASTA tworząc większe grupy dopasowanych sekwencji

Genome Res. 2003 Jan;13(1):103-7.

Human-mouse alignments with BLASTZ

Schwartz S, Kent WJ, Smit A, Zhang Z, Baertsch R, Hardison RC, Haussler D, Miller

W.

Niewystarczająco dokładny

Wyszukiwanie insercji-delecji

Problem:Odwzorowanie wzajemnie jednoznaczne contigów ekotypu Ler na pseudochromosomy ekotypu Col-0

Uproszczenie:Każdemu contigowi odpowiada dokładnie jedno miejsce na chromosomie

Uproszczenie jest możliwe ze względu na bliskie pokrewieństwo genomów

Rekonstrukcja odwzorowania - przykład

Podział dopasowanych obszarów kontiga według jakości i unikalności ich dopasowania

Obszar unikalnie dopasowany; o dobrej jakości

Obszary wątpliwe;

dopasowane wiele razy; o

kiepskiej jakości

Rekonstrukcja odwzorowania dla każdego kontiga:

Mechanizm rekonstrukcji

BLASTZ (wyszukanie wszystkich pokrewnych obszarów pomiędzy genomami)

RepeatMasker (analiza obszarów powtarzalnych i transpozonów)

Poszukiwanie zaufanych obszarów (>60nt, identyczność >90%, tylko jeden alignment)

Uzupełnianie luk w powstałym pokryciu za pomocą pozostałych alignmentów),

faworyzowane jak najmniejsze indele

Poprawki - odrzucane rekonstrukcje o niewystarczającej jakości (m.in. kontigi złożone z sekwencji powtarzalnych, kontigi o indelach

przekraczających 100’000 nt)

Zrealizowane przy użyciu własnego oprogramowania dedykowanego

Wyszukiwanie indeli

Zrekonstruowane odwzorowanie kontiga

Czy indel to TE (transposable element) ? (kryterium: wyniki z RepeatMaskera)

Czy indel powstał w wyniku crossing/over ?(kryterium: obecność zdegenerowanych kopii

wewnątrz indela)

Czy indel powstał w illegitimate recombination ?

(kryterium: obecność zdegenerowanych powtórzeń na krańcach indela)

Czy indel zachodzi w obrębie exonu/intronu ?

(kryterium: dane Arabidopsis Genome Initiative)

Insercje w liniachColumbia i Landsberg erecta

Różne mechanizmymutacji „indel”

Wielkość „indeli”

przypisano 55 280 (68%) kontigów Ler do chromosomów Col

wykryto 3025 „indeli nieterminalnych” (i 3743 „indeli terminalnych”)

stwierdzono 2355 insercji w linii Col

stwierdzono 670 insercji w linii Ler

650 (21%) „indeli” powstało na drodze wstawienia/wycięcia TE (liczba może być niedoszacownana ze względu na brak przypisanych kontigów w obszarach przycentromerowych)

885 (29%) „indeli” powstało w wyniku rekombinacji niewyrównanej (wynik prawdopodobnie nadszacowany)

1606 (50%) „indeli” powstało w wyniku innych mechanizmów włączając w to rekombinację nieuprawnioną

Podsumowanie analizy

Rozkład „indeli” wzdłuż chromosomów nie jest jednolity;

Podstawowe mechanizmy powstawania „indeli” w genomie Arabidopsis obejmują działalność transpozonów, niewyrównaną rekombinację i rekombinację nieuprawnioną;

Wstawienie/wycięcie transpozonów zachodzi głównie w obszarach przycentromerowych, natomiast inne typy „indeli” wykazują bardziej złożony rozkład wzdłuż chromosomów;

„Indele” >1 kb powstają w wyniku działalności TE oraz rekombinacji niewyrównanej, natomiast „indele” <1 kb są spowodowane innymi mechanizmami, w tym rekombinacją nieuprawnioną;

Chromosom 1 ma wyraźnie odmienny wzór rozkładu „indeli” co sugeruje jego stosunkowo niedawne uformowanie;

Mutacje somatyczne mają prawdopodobnie znaczne większe znaczenie w ewolucji genomów roślinnych, niż wcześniej zakładano!

Wnioski