Struktura i ewolucja genomów roślinnych

Liczba chromosomów

• Metody ustalania: analiza w mikroskopie świetlnym gniecionych preparatów komórek.

• Rośliny nasienne: od: 2n=4 (np.Haplopappus gracilis) do 2n=ok.600 (Voanioala gerardii)

Poliploidy

• Wnioski na podstawie analizy kariotypów.• 50-70% roślin kwiatowych przeszło podwojenie liczby

chromosomów co najmniej raz w swojej historii ewolucyjnej.

• Poliploidy częste wśród roślin użytkowych: pszenica, rzepak, ziemniak, bawełna.

• Auto- i allopolipolidy.

Rozmiar genomów

• Metody ustalania: Kinetyka reasocjacji DNA, pomiary objętości jądra kom., oceny na podst, próbek klonów z bibliotek genomowych, mikrodesytometria jąder po barwieniu odcz. Feulgena, cytometria przepływowa izolowanych jąder po barwieniu jodkiem propiodyny.

• Na podstawie analiz >2800 gatunków roślin nasiennych:

Haploidalny genom od 0.1 pg do125 pg.

Ok. 50% roślin kwiatowych: 0.1 – 3.5 pg.

Arabidopsis 125 Mb DNA – Fritillaria assyriaca – 120 000 Mb.

Różnice także miedzy gatunkami z jednej rodziny: np. Poaceae :450 Mb (ryż), 750 Mb (sorgo), 2500 Mb (kukurydza), 5000 Mb (jęczmień), 16 000Mb (pszenica)

WEWNĘTRZNA STRUKTURA GENOMÓW

• Paralogia – bliskie podobieństwo nie allelicznych segmentów chromosomów lub sekwencji DNA w obrębie gatunku, wskazuje na bliskie pokrewieństwo ewolucyjne. Paralogami są np. dwa różne ludzkie geny a-globinowe.

• Ortologia – bliskie podobieństwo segmentów chromosomów lub sekwencji DNA pomiędzy gatunkami. Ortologami są np. główny ludzki gen determinujący płeć SRY i jego odpowiednik (ortolog) u myszy – gen Sry.

• Homologia – ogólny termin określający podobieństwa sekwencji

wskazujące na wspólne pochodzenie ewolucyjne (wewnątrz- lub pomiędzy gatunkami).

Kinetyka reasocjacji DNA

• DNA cięty na odcinki ok.. 300 pz, denaturowany, następnie inkubowany w różnych stężeniach w ciągu różnych okresów czasu.

• Analiza - pomiar niezreasocjowanego (jednoniciowego) DNA (chromatografia na hydroksyapatycie)

• C0 – stężenie jednoniciowego DNA ( w molach nukleotydów/litr) na początku reakcji, t – czas reasocjacji w sekundach

Złożoność sekwencyjna genomów roślinnych na podstawie analizy kinetyk reasocjacji

• Złożone z sekwencji powtarzalnych i jednokopijnych• Różnice w rozmiarach genomów głównie z powodu różnej ilości

sekwencji powtarzalnych (istotny także poziom ploidalności).• Podział sekwencji powtarzalnych: a) ułożone tandemowe

(większość w centromerach, telomerach) i b) rozrzucone po genomie.

• W klasie b) najczęściej transpozony. W Arabidopsis stanowią ok.10% genomu, w kukurydzy - 50%

Organizacja centromerów w Arabidopsis

Rodzaje sekwencji w genomach roślin-I

• Elementy transpozonowe: (na przykładzie Arabidopsis) - copia- i gypsy-like long terminal repeat (LTR) retrotransposons, long interspersed nuclear elements (LINEs); short interspersed nuclear elements (SINEs), hobo/Activator /Tam3 (hAT)-like elements, CACTA-like elements and miniature inverted-repeat transposable elements (MITEs).

Model obszarów genowych w genomach roślin

• Strzałki = geny (eksony zaznaczone na czarno)

• MITE =miniature inverted

transposable elements • LTR = long terminal repeat

• SSR = simple sequence repeat

Struktura chromosomów Arabidopsis

Rodzaje duplikacji w Arabidopsis

Porównanie rejonów zduplikowanych/Arabidopsis

Relacje między gatunkowe/syntenia

• Syntenia = podobieństwo genów i ich ułożenia w chromosomach

Porównanie rejonów ortologicznych obszaru adh w genomach sorgo i kukurydzy (zacienienia= silne podobieństwo sekwencji)

Syntenia: Arabidopsis/ryż