„Wykorzystanie analiz DNA w celu identyfikacji osobniczej i populacyjnej u drzew leśnych" Jarosław Burczyk Zakład Genetyki Instytut Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytet Kazimierza Wielkiego Bydgoszcz

Genetyka molekularna…

Specyfika drzew leśnych - organizmy długowieczne - wysoki poziom heterozygotyczności - duża efektywna wielkość populacji naturalnych - intensywny przepływ genów - przewaga zapłodnienia krzyżowego

Różnorodność genetyczna …

IDENTYFIKACJA osobnicza populacyjna gatunkowa

Zasady dziedziczenia ♀ / ♂ ♂ ♀ + +/- - nDNA cpDNA mtDNA Drzewa iglaste liściaste Polimorfizm + +/- -

Identyfikacja osobnicza Linia nierekombinacyjna Genotyp haploidalny – genotyp haploidalny Genotyp diploidalny – genotyp diploidalny Linia rekombinacyjna Genotyp diploidalny – genotyp haploidalny

Linia nierekombinacyjna Genotyp haploidalny – genotyp haploidalny A2B2C3 A2B1C3 A1B3C4 A2B1C2 A1B1C3 A2B1C3 Kto jest moim rodzicem? A2B2C3

Linia nierekombinacyjna A2B1C3 A2B1C3 A2B1C3 A1B2C3 A2B1C3 Kto jest moim dzieckiem? A2B1C3

Linia nierekombinacyjna Genotyp diploidalny – genotyp diploidalny A1A2B1B2 A1A1B1B1 A1A2B1B1 A2A2B1B1 A1A2B1B2 A2A2B2B2 A1A2B3B3

Linia rekombinacyjna Genotyp diploidalny – genotyp haploidalny A1A2B1B2 A1B1 A1B2 A2B1 A2B2 A2B3

Linia rekombinacyjna Genotyp diploidalny – genotyp diploidalny A1A2B1B2 A1A1B1B1 A1A2B1B1 A2A2B1B1 A1A2B1B2 A2A2B2B2 A1A2B3B3

Do identyfikacji genetycznej potrzebne są markery - losowa reprezentacja genomu - etykiety genetyczne

Cechy dobrego markera - wysoki polimorfizm - kodominacyjny charakter dziedziczenia - neutralność - jednoznaczność określenia alleli - powtarzalność wyników - duża liczebność i równomierne rozmieszczenie w genomie - możliwości zautomatyzowania analiz - prostota i niskie koszty analiz (opracowania markera)

Markery genetyczne - Mikrosatelity (SSR) tandemowe powtórzenia krótkich sekwencji (1-6 nukleotydów) rozmieszczone w sekwencjach kodujących i nie kodujących genomu większość mikrosatelitów wykorzystywanych w genetyce roślin to powtórzenia dwu-nukleotydowe (np: -CACACACACACACA-)

Podstawą analiz mikrosatelitarnych jest PCR - REAKCJA ŁAŃCUCHOWA POLIMERAZY-

analizy mikrosatelitów.... Kilka prostych kroków analizy mikrosatelitów....

Izolacja DNA

Przygotowanie reakcji PCR

Amplifikacja DNA

Analiza wielkości fragmentów DNA w automatycznym sekwenatorze

Analiza danych

… i jesteśmy zadowoleni …

Zaplecze laboratoryjne

Potencjał osobowy…

Zestaw markerów cpSSR dla sosny zwycajnej

Zestaw markerów nSSR dla dębów

Zalety mikrosatelitów kodominacyjny charakter dziedziczenia wysoki polimorfizm powtarzalność wyników możliwości zautomatyzowania analiz znaczna liczebność markerów w genomie równomierne rozmieszczenie w genomie neutralność

Zastosowania mikrosatelitów Przepływ genów Systemy kojarzenia Zróżnicowanie genetyczne Mapowanie genomów Identyfikacja osobnicza Analizy rodzicielstwa

Wykorzystanie identyfikacji osobniczej Analiza zmienności genetycznej drzewostanów, plantacji nasiennych i nasion, oraz ich przydatności w programach hodowli drzew. Genetyczna weryfikacja pochodzenia materiału rozmnożeniowego z konkretnych drzew (np. nasion lub zrazów z drzew doborowych). Analiza ‘czystości genetycznej’. Weryfikacja poprawności rozmieszczenia szczepów na plantacjach nasiennych oraz ocena zanieczyszczenia plantacji obcym pyłkiem. Identyfikacja odmian drzew i krzewów rozmnażanych wegetatywnie. Identyfikacja gatunkowa i osobnicza drzew i krzewów powodujących szkody budowlane (np. niszczenie ścian budynków przez korzenie) lub uszkodzenia infrastruktury podziemnej (szczególne rur kanalizacyjnych). Wskazanie konkretnego osobnika ułatwia uzyskanie zezwolenia organu administracji publicznej na usunięcie drzewa (krzewu) będącego przyczyną zniszczeń. Opracowanie na potrzeby certyfikowanych laboratoriów analiz sądowych wysoce wydajnych technik genotypowania drzew i krzewów umożliwiających zastosowanie ich w ekspertyzach sądowych, zlecanych przez Prokuraturę, Policję, czy osoby poszkodowane

Identyfikacja populacyjna

Fagus sylvatica cpDNA PCR-RFLP

Fagus sylvatica cpDNA cpSSR

FAIROAK: Różnorodność cpDNA u dębów 8 gatunków dębów, 2673 populacji, 42 haplotypów

Identyfikacja gatunkowa

Larix sp. cpDNA

Larix sp. mtDNA

15 krajów EVOLTREE 25 partnerów 14.3 mln Euro Ponad 230 naukowców INRA (Francja) Koordynator Alterra-WUR (Holandia) ARCS (Austria) BFH (Niemcy) CNR-IGV (Włochy) VIB (Belgia) GEUS (Dania) Gottingen Univ (Niemcy) IT (Francja) IPGRI (Włochy) NERC (Wlk. Brytania) PUM (Niemcy) WSL (Szwajcaria) TUZVO (Słowacja) TUM (Niemcy) INIA (Hiszpania) UNIUD (Włochy) CNRS (Francja) UPSC (Szwecja) UKW (Polska) UOULU (Finlandia) Soton (Wlk. Brytania) UWH (Węgry) UU (Szwecja) MPI-COE (Niemcy) Ponad 230 naukowców 1/04/2006 - 31/03/2010

Reakcje na zmiany klimatu Genomika Ewolucja Dynamika różnorodności Procesy ekosystemowe Ekologia Genetyka Ochrona zasobów genowych

dziękuję za uwagę ... burczyk@ukw.edu.pl