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