Diferenciace pohlavních buněk

Transkript

1 Cytogenetika 06 Diferenciace pohlavních buněk Magda Zrzavá František Marec 1

2 Gametogeneze u rostlin Nižší rostliny převládá gametofyt Krytosemenné rostliny- mezi meiózu a vznik gamet vsunut prostorově i časově nepatrný gametofyt Střídání sporofytu (2n) a gametofytu (1n) u rostlin Střídání sporofytu a gametofytu u rostlin Z diploidní zygoty roste diploidní sporofyt. Diploidní mateřské buňky procházejí meiózou, vznikne u samičí linie jedna haploidní megaspora, u samčí linie čtyři haploidní mikrospory. Z nich vznikají haploidní gametofyty, které produkují haploidní pohlavní buňky gamety, jejichž splynutím vzniká diploidní zygota. Vyšší a nižší rostliny se liší tím, jak velkou část v jejich životním cyklu zaujímá gametofyt a sporofyt. Zatímco u nižších rostlin je gametofyt makroskopický a významný, u vyšších rosltin tvoří jen mikroskopické struktury s minimem buněk (pylové zrno a zárodečný vak). Obrázek z Snustad a Simmons

3 Meióza a oplození u vyšších rostlin Reprodukce Arabidopsis thaliana Dospělá rostlina (sporofyt) produkuje v prašnících samčí pohlavní buňky (mikrospory) a v ovariu umístěném v pestíku samičí pohlavní buňky (megaspory). Obrázek z Snustad a Simmons

4 Vznik zárodečného vaku 1) 2n mateřská buňka megaspor se meioticky rozdělí 3 produkty zaniknou, zůstává 1 haploidní megaspora 2) 1n megasporase 3x mitoticky rozdělí-vznikázárodečný vak s 8 jádry: 3 antipody, 2 synergidy + vaječná buňka, 2 polární jádra Produkce zárodečného vaku 1) megasporogeneze: diploidní mateřská buňka projde meiózou, při které vzniknou 4 buňky. Tři ale zanikají, zůstává jen jedna megaspora. 2) megagametogeneze: megaspora se 3x mitoticky rozdělí, takže vznikne 8 identických haploidních jader v jedné buňce, tzv.zárodečný vak. Následuje cytokineze, kdy je 6 buněk opatřeno membránou (dvě jádra zůstávají uprostřed), 3 buňky putují k jednomu pólu vaku, druhé 3 k druhému pólu. Jedna prostřední buňka se stane vajíčkem, buňky vedle ní se nazývají synergidy (z řeckého pracovat spolu ). Protilehlé tři buňky se nazývají antipody (z řeckého na opačné straně ) a brzy degenerují. Dvě haploidní jádra, která zůstala uprostřed, fúzují, vznikne diploidní jádro, které po oplodnění dá vzniknou výživnému pletivu endospermu. Embryonální vak je samičím gametofytem. 4

5 Vznik pylového zrna 1) 2n pylovémateřskébuňky meióza 4 haploidníbuňky = pylová tetráda 2) každá1n buňka diferencuje v pylovézrno: mitóza generativní+ vegetativníjádro generativníjádro se mitoticky dělív průběhu růstu pylové láčky 2 spermatické buňky Produkce pylu se dělí na dva za sebou následující procesy: mikrosporogenezi a mikrogametogenezi: 1) mikrosporogeneze: diploidní mateřská buňka projde meiózou, při které z ní vzniknou 4 mikrospory. 2) mikrogametogeneze: Jádro mikrospory se mitoticky rozdělí, vznikne jedno vegetativní a jedno generativní jádro. Generativní jádro se mitoticky rozdělí ještě jednou, takže výsledné pylové zrno obsahuje 2 spermatické buňky ve vegetativní buňce (pylové zrno se třemi buňkami = samčí gametofyt). 5

6 Dvojité oplození 1) Pylovézrnodosedne na bliznu růst pylové láčky 2) Jedna spermatickábuňka splyne s vaječnou buňkou budoucí embryo 3) Druháspermatickábuňka splyne s 2n jádrem uprostřed vznik triploidníhoendospermu Oplození Když pylové zrno dosedne na bliznu, začne růst pylová láčka až dosáhne vajíčka. Pak dojde k dvojitému oplození, kdy jedna spermatická buňka oplodní vajíčko, vznikne zygota, a druhá spermatická buňka oplodní diploidní jádro uprostřed vaku a vznikne triploidní endosperm, který vyživuje embryo. 6

7 Další varianty oplození u rostlin Většina krytosemenných rostlin má tento typ embryonálního vaku (typ Polygonum) se dvěma polárními jádry a triploidním endospermem. Ale existují i jiné varianty, kdy je uprostřed vaku více jader, což dává vzniknou endospermu s ploidií vyšší než 3, nebo je tam naopak jen jedno jádro, takže vzniká diploidní endosperm (např. Oenogracea a bazální skupiny krytosemených rostlin Nymphaceae, Camombaceae). Obrázek z Baroux et al

8 Životní cyklus houby Neurospora crassa 1) Z haploidních hyf se uvolňujíkonidie vznikajído protoperitecií splynutís haploidní pohlavní buňkou zygota 2) Zygota se meiotickydělí 4 buňky 3) 1x mitóza 8 askosporv asku Životní cyklus Neurospora crassa, genetického modelu vřeckovýtrusých hub Z haploidních vláken, hyf, se uvolňují haploidní mikrokonidie, které oplodní protoperitecium, ve kterém dojde k fúzi jader. Vznikne diploiní buňka, která se meioicky rozdělí za vzniku 4 haploidních buněk, které se následně 1x mitoticky rozdělí. Vznikne osm askospor, které zůstávají pohromadě v tzv. asku. Obrázek z Snustad a Simmons

9 Tetrádová analýza u houby Sordaria fimicola Různobarevné linie černá(wt) a mutantní rezavá hybridizací vznikají aska obsahující 8 askospor dvou barev Kultura S. fimicola obsahující rezavou a černou linii Askaobsahující 8 askosporrůzných barev výsledek hybridizace Hybridizace různých linií a vznik askospor To, že askospory zůstávají pohromadě v asku organizované podle toho, jak vznikaly, můžeme u různě barevných linií pozorovat přítomnost crossing-overu a případně genové konverze. Klasickým modelem této tvz. tetrádové analýzy je houba Sordaria fimicola, u které jsou kromě původníčerné linie k dispozici i barevní mutanti s červenými a šedými sporami. Pokud na misce pšstujeme různobarevné linie, v místech, kde se setkávají, dochází k hybridizaci a výsledné asko obsahuje různobarevné spory, jejichž pořadí ukazuje, zda došlo ke crossing-overu, případně i ke genové konverzi. 9

10 Tetrádová analýza u houby Sordaria fimicola Možné varianty počtu a pořadí barev askosporv hybridním asku: -4:4 (hybrid bez c.o.) -2:2:2:2 nebo 2:4:2 (hybrid s c.o.) -jiný poměr = crossingoverv místěgeny pro barvu spory genová konverze(nebo ne) Crossing-over mezi centromerou a genem pro barvu možné varianty barev askospor podle toho, které chromatidy se účastní c.o. Osm vzniklých askospor zůstává pohromadě v asku, takže je možné pozorovat, jestli došlo ke crossing-overu (viditelný by byl pouze c.o. mezi centromerou a genem pro zbarvení spory, možné poměry 2:2:2:2 nebo 2:4:2) nebo ne (poměr 4:4). Pokud je poměr jiný, ke c.o. došlo v místě genu pro zbarvení spory a vznikl heteroduplex, který byl následně opraven reparačními mechanismy (genová konverze) nebo ne. 10

11 Genová konverze u houby Sordaria fimicola Následek rekombinace nelegitimnívznik purin-pyrimidinovýchpárů(g-t, C-A) v krátkém úseku mezi oběma body zlomu => heteroduplexdna jenestabilní oprava reparačními enzymy 2 možnosti: 1) oprava podle původního řetězce žádná změna 2) oprava podle invadujícíhořetězce změna alely(genová konverze) Příklad genové konverze: oprava obou heteroduplexů podle modréalely poměr 6:2 Genová konverze (GK) je změna jedné alely v jinou, která byla přítomna na nesesterské chromatidě. Ke GK dochází tak, že v místě genu dojde ke c.o., čili vznikne hybridní dvoušroubovice DNA obsahující vlákna z různých nesesterských chromatid. Pokud se v tomto úseku obě vlákna liší, dojde v těchto odlišných místech v chybách v párování. Ty jsou následně odstraněny mismatch reparačními mechanismy, které jednu z chybně párujících se bází odstraní a nahradí jinou, která je komplementární k bázi na druhém vlákně. To, která báze bude odstraněna, je náhoda. Pokud je opravena báze z invadujícího vlákna, nic se neděje, ale pokud je odstraněna a nahrazena báze z druhého nerekombinujícího vlákna, je původní alela nahrazena alelou z druhé chromatidy (= genová konverze). Výsledkem je nemendelistický poměr alel ve vzniklých buňkách. 11

12 Gametogeneze u živočichů Spermatogeneze = diferenciace spermií Oogeneze = diferenciace vajíček 12

13 Spermatogeneze vs. oogeneze Spermatogeneze spermatogonia(nediferencované zárodečnébuňky) mitoticky se namnoží(zpravidla až v době dospívání) spermatocyt I. řádu(diploidní) meióza I, pak krátká interkineze 2 spermatocyty II. řádu (haploidní) meióza II 4 haploidní spermatidy (nepohyblivé) spermiogeneze- diferenciace spermatozoidů(pohyblivé) -hlavička (jádro s minimem cytoplazmy) - krček (v něm centriola) -bičík 13

14 Oogeneze Spermatogeneze vs. oogeneze oogonia(nediferencované zárodečné buňky) mitoticky se namnoží (zpravidla dříve než spermatogonia) oocyti. řádu(diploidní) meiózai -u savcůtzv. meioticarrest v profázi I(fáze: dictyotene) zrání vajíčka a pokračovánímeiózypři ovulaci 2 haploidní jádra: - 1. pólovétělísko postupně zaniká - 1 oocytii. řádu(haploidní) většina cytoplasmy meióza II 2 haploidní jádra: ootida(haploidní) většina cytolasmy, ztrácí centriolu 2. pólovétělísko postupně zaniká 14

15 Lidská spermatogeneze - Tvorba spermií začíná v pubertě -Celý proces trvá64 dní - V ejakulátu je průměrně 200 milionů spermií -Za život celkem spermií 15

16 Lidská oogeneze -lidský oocytje největšíbuňka v těle (120 µm) - při narození 2,5 milionů primárních oocytů -dozraje cca 400 -do okamžiku zránímeiotickýarest v profázi I (dictyotene) -během ovulace meiózapokračuje do metafáze II meióza dokončena až po oplození Vajíčko + pólová buňka 16

17 Schéma oplození uživočichů 17

18 Oplození u člověka (tradiční) -Navigace spermiítermotaxía chemotaxí -u vajíčka uvolněníhyaluronidázyz akrosomu štěpení gelu s kumulárními buňkami kolem vajíčka - uvolnění akrosinu rozštěpení zona pellucida a membránu vajíčka obsah spermie do vajíčka Spermie jsou na své cestě k vajíčku navigovány termotaxí (teplota se od startu směrem k vajíčku zvýší o dva stupně) a chemotaxí. K oplození docházejí ve vejcovodech, kde se spermie setkají s vajíčkem. Glykoproteiny na povrchu spermie se naváží na glykoproteiny na zona pellucida (= vrstva extracelulární matrix na povrchu vajíčka ). Pak dojde k uvolnění hyaluronidázy z akrosomu, která štěpí kyselinu hyaluronovou tvořící gel, ve kterém jsou zanořeny kumulární buňky obklopující vajíčko (corona radiata = vrstva folikulárních (kumulárních) buněk, slouží v výživě a k navigaci spermií k vajíčku). To umožní spermii proniknout až k zona pellucida a spustit akrosomální reakci. Akrosin rozštěpí zona pellucida a membránu vajíčka. Buněčná membrána spermie splyne s membránou vajíčka a obsah spermie se dostává do vajíčka (jádro, centrosom, bičík; paternální mitochondrie je zlikvidována). Vajíčko na průnik spermie zareaguje tzv. kortikální reakcí. Kortikální granula splynou s membránou vajíčka a uvolní do zona pelucida enzymy. Ty způsobí, že se glykoproteiny na povrchu spojí a tím se zona pellucida stane neprostupnou pro další spermie. Proniknutí spermie do vajíčka aktivuje vajíčko, to dokončí meiózu II, prvojádra splynou a vzniká zygota. 18

19 Dvoufázová oplozovací reakce: Rychlý elektrický blok polyspermie depolarizace plazmatické membrány vajíčka (elektrický potenciál se měnína +) bránífúzi s dalšími spermiemi, nastává ihned po kontaktu Trvalý blok polyspermie kortikálníreakce-zóna pellucida(zp) se měnína membránu oplozovací, odděluje se od plazmatickémembrány a vytváříse perivitelinníprostor kortikálnígranulase vylévajína povrch a enzymaticky pozměňují jeho povrch a tím brání vniknutí dalších spermií, pozměňujíi vlastnosti ZP (60-90 s po kontaktu se spermií) 19

20 Lidskázygota od oplozenípo uhnízdění Obrázek z "Human Fertilization" by Ttrue12 - Own work. Licensed under Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 via Wikimedia Commons - e:human_fertilization.png

21 Oplození u člověka ( přes VZP ) 21

22 22

23 23

24 24

25 25

26 26

27 hatching -embryo opouštíobal (zóna pelucida) - zárodek připraven k u hnízdění v děložnísliznici 27

28 Robert G. Edwards Umělé oplození u člověka Vyvinul techniku umělého oplození(ivf, in vitrofertilization) u člověka ve spolupráci s gynekologem Patrickem Steptoe -Nejdříve pokus o zránílidských oocytůin vitro X nakonec použita přirozeně zralá vajíčka odebrána laparoskopicky oplozenív Petrihomisce 8-buněčnéembryo vloženo zpět matce -V roce 2010 Nobelova cena za fyziologii a medicínu Louise Brown, prvnídítěze zkumavky, narozena Robert G. Edwards byl živočišný fyziolog, který vyvinul první techniku umělého oplození u člověka (IVF, in vitro fertilization = oplození ve skle). Nejprve se pokoušel stimulovat zrání lidských oocytů odebraných z tkáně vaječníků, což se nedařilo (na rozdíl od králičích oocytů, které studoval předtím), až přišel na to, že je potřeba nechat je inkubovat delší dobu. Embrya z takto zralých oocytů se ale nevyvíjela dobře. Nakonec ve spolupráci s gynekologem Patrickem Steptoe používal přirozeně zralé oocyty odebrané laparoskopicky. Ty oplodnil in vitro a vyvíjející se embryo vložil zpět do matčiny dělohy. Takto bylo počato první dítě ze zkumavky, Louise Brown, jejíž matka Lesley Brown měla za sebou devět let marného snažení o přirozené početí a diagnostikovanou neplodnost kvůli neprůchodným vejcovodům. Louise se narodila Její mladší sestra Natalie Brown byla první dítě narozené IVF, které přivedlo na svět vlastního potomka přirozenou cestou. Za vyvinutí techniky umělého oplození u člověka byla R. Edwardsovi v roce 2010 udělena Nobelova cena za fyziologii a medicínu. 28

29 Mezibuněčné můstky v gametogenezi živočichů Samčíi samičígametocyty série mitotických dělenípřed meiózou neúplnácytokineze=>klastrsesterských buněk spojených systémem kanálků Příklady: vyššířády hmyzu (Endopterygota) konečný počet sesterských buněk charakteristický pro pohlavía příslušnou skupinu (řád) hmyzu Mezibuněčné můstky v gametogenezi živočichů a jejich význam (na příkladu vyšších řádů hmyzu - např. Lepidoptera, Diptera, atd.) Samčí i samičí gametocyty absolvují před meiózou několik mitotických dělení doprovázených neúplnou cytokinezí, čímž vzniká klastr sesterských meiocytů spojených systémem kanálků. Konečný počet sesterských meiocytů v klastru je specifický pro daný druh, popřípadě pohlaví. 29

30 Příklad : Lepidoptera Testes stem spermatogonium 1x mitóza: 1 stem spermatogonium 1 spermatogonium 6x mitóza klastr64 spermatocytůi. řádu meióza 256 spermatozoidů spojeny v 1 chomáč( bundle ) chomáč 256 spermií zavíječe moučného Příklad 1 - Lepidoptera (Bombyx, Ephestia, Hyalophora cecropia, atd.) Testes: kmenové ("stem") spermatogonium se mitoticky rozdělí, čímž vzniknou 2 spermatogonia - z nich jedno se stane opět kmenovým spermatogoniem, druhé prodělá rychle za sebou 6 mitotických dělení. Vznikne klastr 64 spermatocytů 1. řád, které synchronně nastupují meiózu. Výsledkem je klastr o 256 již samostatných spermatozoidech, které jsou při kopulaci přeneseny společně jako jeden chomáč ("bundle") spermií. 30

31 Příklad : Lepidoptera Ovaria stem ogonium 1x mitóza: 1 stem oogonium 1 oogonium 3x mitóza klastr8 oocytůi. řádu meiózapo pachytene (včetněscs) 7 oocytůse mění na nutritivní buňky ( nurse cells ) -1 oocytpokračuje v meióze=> vajíčko -vajíčko před kladením v metafázi I meióza dokončena až po nakladení oplozeného vajíčka Rostoucíoocytsamičky martináče Hyalophora cecropia (spojen kanálky se 7 nutritivními buňkami) Příklad 1 - Lepidoptera (Bombyx, Ephestia, Hyalophora cecropia, atd.) Ovaria: začátek stejný jako u spermatogeneze, ale oogonium podstoupí pouze 3 mitózy, takže vznikne klastr 8 oocytů 1. řádu. Ty se synchronně meioticky dělí až do stádia pachytene (všechny tvoří SCs), ale u 7 oocytů mizí SCs, jejich bivalenty se podobají metafázním a pak degenerují. Následně u nich dojde k dekondenzaci chromosomů a následné polyploidizaci - tyto oocyty se stávájí nutritivními buňkami (tzv. "nurse cells") a vyživují jediný oocyt, který pokračuje v meióze. Meióza oocytu se zbrzdí, dlouho přetrvává v pachytene, před kladením je vajíčko ve stádiu metafáze a meióza dokončena až po nakladení oplozeného vajíčka. 31

32 Polyfusom Vyplněním cytoplazmatických můstků amorfním gelem polyfusom Schematické nákresy polyfusomu a cysty (klastru) pohlavních buněk v metafázi I (A) ovárium vosy, Vespa vulgaris; (B) testes brouka. EM polyfusomu u zavíječe moučného Mezibuněčné můstky u hmyzu jsou kanálky spojující sesterské meiocyty. Jsou zpevněny fibrilárními proteiny, vynikají neúplnou cytokinezí. V centru mají elektronově husté midbody, do kterého vstupují mikrotubuly vřeténka. Prostor kanálku je postupně vyplněn amorfním materiálem, vzniká tzv. FUSOM - vzhled gelu. Všemi buňkami klastru prochází tato spojitá struktura = POLYFUSOM. 32

33 Význam mezibuněčných můstkůa polyfusomu u hmyzu - hypotéza: přenos chemických a fyzikálních stimulů, restrikce počtu mitóz před nástupem meiózy a synchronizace dělení Drosophila- tumorová mutace "otu" má defektní polyfusom => asynchronní nekoordinované mitózy => nádor polyfusomzabraňuje dokončenícytokinezea ovlivňuje pozici vřeténka kanálkem přenos cytoplazmat. materiálu z nutritivních buněk do oocytu polyfusom možná podíl na determinaci oocytu 33

34 Význam mezibuněčných můstkůu vyšších živočichů včetně savců (fusomy nepozorovány) synchronizace zrání restrikce počtu mitóz restrikce pohyblivosti genetická regulace (vyživovací funkce nepravděpodobná) 34

35 Dva druhy spermií uzavíječe moučného (Ephestia kuehniella) Samci motýlů tvoří dva druhy spermií: sterilní apyrení spermie (= paraspermie), které neobsahují jádro a jsou produkovány v mnohem větším počtu než fertilní eupyrení spermie (= euspermie). 35

36 Paraspermie- sterilní zachránci U některých skupin v ejakulátu různé typy spermií euspermie(schopné oplození) a paraspermie(sterilní) Paraspermie mohou i nemusímít jádro (motýli +, drozofila-) -zřejměrůznéfunkce (neníjisté): -výživa - obrana před spermicidy(drozofila) - zvětšení objemu spermatoforu naplněnísamice nechcese pářit s jinými - pomoc při kompetici spermií - pomoc při dopravě euspermií Příklady morfologie sterilních paraspermií plžů Stopkoočka paraspermie vyplní samici oddálí další páření Drosophila pseudoobscura paraspermiechránípřed spermicidním protředím Samci některých druhů živočichů mají ve svém ejakulátu různé druhy spermií (např. motýli, mouchy, střevlíci, někteří mořští plži, ryba ropušnice). Ty se dělí na fertilní euspermie a sterilní paraspermie, které mohou (Diptera) i nemusejí (Lepidoptera) mít jádro. Role paraspermií není jasná, diskutované možnosti jsou: 1) výživa euspermií 2) pomoc při dopravě euspermií, 2) obrana před spermicidními látkami, které do reprodukčního traktu vylučuje samice (drozofila), 3) zvětšení objemu spermatoforu, takže samice nemá potřebu se pářit s dalším samcem (motýli), 4) pomoc při kompetici spermií, neboli souboji se spermiemi jiného samce uvnitř samice. Role paraspermií se studovala u motýlů, drozofil a stopkooček a zdá se, že paraspermie u motýlů a stopkooček mají vyživovací roli a vyplňují samici, čímž oddalují další páření. U drozofil tuto funkci pravděpodobně nemají, ale slouží jako ochránci euspermií před spermicidním prostředím pohlavního ústrojí samice, které je pro euspermie smrtící, ale přítomnost paraspermií tento vliv zmenšuje (prokázáno u D. pseudoobscura). Chapman

37 Samice se pářís více samci kompetice spermií U myšice křovinné spermie opatřeny háčkem tvorba vlaků, rychlejší než jednotlivé spermie -většina předčasněvypustíobsah akrosomu urychluje pohyb vlaku - altruismus Spolupráce spermií myšice křovinná Apodemus sylvaticus Pokud se v pohlavních orgánech samice setkají spermie více samců, začíná souboj o to, čí spermie oplodní vajíčko. U různých druhů a skupin si samci vyvinuly různé mechanismy, jak v tomto boji vyhrát nad ostatními samci, případně nad samicí, která se snaží ovlivnit kdo bude otcem jejích potomků selekcí na úrovni spermií (tzv. cryptic female choice). Zajímavý mechanismus byl objeven u myšice křovinné (Apodemus sylvaticus), kde spermie tvoří vláčky obsahující tisíce kusů a pohybují se společně a rychleji pohlavním traktem samice. Za tímto účelem jsou opatřeny háčkem na hlavičce, který, se mohou chytit jiných spermií. Pohyb vlaku je urychlován tím, že většina spermií přednostně vypustí obsah akrosomu. Je to altruistický čin, protože se tím vzdávají možnosti oplodnit vajíčko, pomohou ale oplození vajíčka příbuznou spermií. Obrázek z Moore et al a) hlavičky dvou spermií, levá s dosud připojeným háčkem, druhá s již otevřeným, b) chomáč cca 50 spermií, c) Vlak obsahující tisíce spermií má cca 2 mm. V každém shluku jsou spermie organizovány podobně jako na obr. c. d) Spermie ve vlaku se připojují buď háček za háček, nebo háčkem za bičík (detail na e). f) Imunolokalizace aktinu v háčku (zelená). 37

38 B chromosomy a drive B-chromosomy = nadbytečnéchromosomy - vyskytují se u některých druhů rostlin, živočichů a hub -různý počet u jedincův rámci populace (u některých chybí) - nepárují se a nerekombinují s A chromosomy - nemendelistická dědičnost (náhoda nebo drive) Obsahují: -hlavněrepetitivnídna (satdna, ME, rdna, telomery,...), mtdna - málo/žádné geny Počet nejčastěji kolem 3, ale u některých druhů až několik desítek - vyšší počty = často snížení fitness hostitele autoregulace + regulace A chromosomy 1. mitóza v pylovém zrnu žita. ChromatidyB chromosomu se nerozcházejí. Dělícívřeténko je asymetrické po rozděleníbs v generativním jádře B chromosomy jsou nadbytečné chromosomy, které se vyskytují u některých druhů rostlin (nejvíce u Compositae, Gramineae, Liliaceae), živočichů (hlavně u Orthoptera) a hub. Je pro ne typické, že : 1) nejsou pro fungovaní organismu potřeba (často nenesou žádné geny) a u jedinců v rámci populace se vyskytují v různém počtu nebo mohou i chybět, 2) nepárují se a nerekombinují se standartními, tzv. A chromosomy v meióze, 3) jejich dědičnost je nemendelistická (náhodná nebo vykazuje drive, tj. tendenci dostávat se preferenčně do buněk, které dají vzniknout zygotě). Počet B chromosomů v jádře je omezen (např. 6 u žita), jejich vyšší počet vede ke sterilitě (výrazně zpožďují průběh buněčného dělení, takže funkčních gamet vzniká málo nebo žádné). Na regulaci počtu se mohou podílet A chromosomy nebo se jedná o autoregulaci samotnými B chromosomy (např. B chromosomy žita byly uvedeny do genomů druhů z čeledi Poaceae a fungovaly tam stejně dobře, čili svojí distribuci si řídí samy) Obrázek: První mitóza v pylovém zrnu žita. Chromatidy B chromosomu drží u sebe a opožďují se za A chromosomy, a protože je dělící vřeténko asymetrické (rovina je blíže pólu, z něhož vznikne generativní jádro), B chromosomy se po rozdělení buňky pasivně dostanou do budoucí spermie. Jones a Houben

39 B chromosomy a drive 1) Premeiotickýdrive B chromosomy se přednostně dostávají do zárodečné linie buněk 2) Meiotický drive u samic asymetrická meióza oocytvs. pólovétělísko B chromosomy jsou do oocytu - možný mechanismus asymetrické vřeténko (rovina dále od pólu budoucího oocytu B chromosomyputujímezi póly více času poblížvzdálenějšího pólu 3) Postmeiotickýdrive v pylovém zrnu -a) 1. mitóza přednostnědo generativního jádra, -b) 2. mitóza přednostnědo jádra oplodňujícího vaječnou buňku Camnula pellucida Lilium callosum žito B chromosomy jen vzácně plní v hostitelském genomu nějakou pozitivní roli. Většinou buď nemají žádný význam, nebo jsou dokonce nevýhodné, takže by časem byly z genomu odstraněny. Minimálně některé B chromosomy ale vynalezly mechanismy, jak se dostat přednostně do buněk, které jim zajistí přenos do další generace. Základem je to, že 1) B univalent putuje v meióze I žádoucím směrem, 2) se sesterské chromatidy nerozejdou v mitóze k opačným pólům, ale obě jdou k jednomu pólu. Drive B chromosomů se může odehrávat v různých částech ontogeneze. 1) Premeiotický drive se odehrává během vývoje jedince (embryo/jen v pohlavních orgánech), kdy B chromosomy jsou přednostně do buněk zárodečné linie, naopak chybějí nebo jsou podreprezentované v somatických buňkách. Výhodou této strategie je to, že potenciální nepříznivý vliv B chromosomu na hostitelský genom se v somatických buňkách neprojeví nebo projeví méně, čímž se zvýší životaschopnost jedince. tato strategie byla pozorována u různých sarančí (např. Camnula pellucida) a u rostlin (Crepis capillaris) 2) Meiotický drive se týká samičí meiózy, kdy tři produkty zanikají a do další generace se dostane jen budoucí vajíčko. B chromosomy se dokáží přednostně dostat do oocytu/ootidy, ne do polárního tělíska. Možný mechanismus je založen na faktu, že dělící vřeténko v samičí meióze je asymetrické a ekvatoriální rovina je vzdálenější od pólu, ze kterého bude budoucí oocyt/ootida. B chromosomy putují od pólu k pólu a tak více času stráví v oblasti vzdálenějšího pólu. Zvyšují tak pravděpodobnost, že při rozdělení buňky budou na správném místě. Nalezeno u různých druhů sarančí a u rostlin, např. Lilium callosum. 3) Postmeiotický drive byl pozorován v pylových zrnech vyšších rostlin, kde haploidní jádro prodělá postupně dvě mitózy. V první vzniká vegetativní jádro, jehož existence končí v pylové láčce, a generativní jádro, ze kterého druhou mitózou vzniknou dvě spermatické buňky jedna oplodní vajíčko, druhá 2n jádro, ze kterého vzniká endosperm. Drive B chromosomů byl pozorován jak v první mitóze, kdy obě chromatidy B chromosomu jdou přednostně do generativního jádra (opět díky asymetrickému vřeténku), i v druhé mitóze, kdy se dostanou do jádra, které oplodní vaječnou buňku. Všechny tyto mechanismy by nevyhnutelně vedly k tomu, že by se počet B chromosomů v každé generaci zvyšoval. Nicméně je evidentní, že počet B chromosomů je omezen, protože nejčastější počet B chromosomů je kolem tří, výjimečně se u některých druhů najdou jedinci, kteří mají několik desítek B chromosomů. (Gregory 2005 The evolution of the genome) 39

40 Drive B chromosomů žita Drive v 1. mitózepylového zrna B do generativního jádra Mechanismus: ncrnaz satdnana dlouhém raménku regulace koheze sesterských chromatid pomocí pericentromerických repetic sesterské chromatidy se nerozejdou spolu k bližšímu pólu Model popisujícíakumulaci B chromosomůu žita Organizace pericentromerickéhoheterochromatinuu B chromosomůžita. Červená= FISH signál centromerickéhotransposonua a B chromosomů, zeleně repetice specifickápro B chromosomy. Pericentromerickýchromatin u B chromosomůje mnohem většínežu A. Drive u B chromosomů žita B chromosomy žita vykazují drive v první mitóze pylového zrna, kdy se sesterské chromatidy nerozcházejí a díky asymetrickému dělícímu vřeténku se pasivně dostanou do generativního jádra, čímž je zajištěna jejich cesta do další generace. V druhé mitóze pólového zrna se už rozcházejí normálně. Za to, že sesterské chromatidy drží pohromadě, je zodpovědný úsek na dlouhém raménku. Když chybí, chromatidy se v první mitóze rozejdou normálně. Tento úsek obsahuje dvě rodiny repetic, které jsou v prašnících transkribovány do RNA, čili mají pravděpodobně regulační funkci, která funguje i trans, takže jediný kompletní B chromosom zajistí nondisjunkci i všem zkráceným B chromosomům, kterým tento klíčový úsek chybí. Cílem regulační ncrna je patrně pericentromerický heterochromatin B chromosomů, který obsahuje kromě transposonů obsažených i v centromerách A chromosomů i sekvence z mitochondriální DNA (což není nic neobvyklého, B chromosomy a pohlavní chromosomy mají tendenci akumulovat mtdna a rdna) a další repetice. I když tyto úseky nejsou součástí aktivní centromery (centromerický histon CenH3 na ně nesedá), zřejmě jsou zodpovědné za kohezi chromatid v 1. mitóze pylového zrna, protože (asi) komplikují rozpletení DNA v tomto úseku, což je klíčové pro rozchod sesterských chromatid. Banaei-Moghaddam et al

41 O čem to bylo -Rostliny střídánísporofytu a gametofytu -gametofyt u nižších rostlin významný, u vyšších rostlin mikroskopický útvar - Vznik gamet u vyšších rostlin + dvojité oplození -Vřeckovýtruséhouby po meiózea mitóze vřecka obsahují8 askospor tetrádová analýza studium crossing-overu a genové konverze - Živočichové vznik spermií a vajíčka, oplození -IVF u člověka - Cytoplazmatické můstky u živočichů - Paraspermie a euspermie -B chromosomy a drive

42 Konec