Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Podobné dokumenty
Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Genotypování: Využití ve šlechtění a určení identity odrůd

Charakterizace hybridních trav pomocí cytogenetických a molekulárních metod

Využití DNA markerů ve studiu fylogeneze rostlin

Využití molekulárních markerů v systematice a populační biologii rostlin. 12. Shrnutí,

Molecular Ecology J. Bryja, M. Macholán MU, P. Munclinger - UK

Využití molekulárních markerů v systematice a populační biologii rostlin. 10. Další metody

Kdo jsme. Centrum strukturní a funkční genomiky rostlin Ústavu experimentální botaniky AV ČR, v.v.i.

Genetická diverzita masného skotu v ČR

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

6. Kde v DNA nalézáme rozdíly, zodpovědné za obrovskou diverzitu života?

Mgr. et Mgr. Lenka Falková. Laboratoř agrogenomiky. Ústav morfologie, fyziologie a genetiky zvířat Mendelova univerzita

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Mendelova genetika v příkladech. Genetické markery

Kameyama Y. et al. (2001): Patterns and levels of gene flow in Rhododendron metternichii var. hondoense revealed by microsatellite analysis.

Genetické markery - princip a využití

Metody studia historie populací. Metody studia historie populací

Genetický polymorfismus

Tisíc a jedno využití průtokové cytometrie v biologii rostlin. Jaroslav Doležel Ústav experimentální botaniky AV ČR Olomouc

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR InoBio CZ.1.07/2.2.00/

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Genové knihovny a analýza genomu

Metody analýzy DNA využívané ve Výzkumném a šlechtitelském ústavu Holovousy RNDr. Jana Čmejlová, Ph.D.

Genetické markery, markery DNA

P1 AA BB CC DD ee ff gg hh x P2 aa bb cc dd EE FF GG HH Aa Bb Cc Dd Ee Ff Gg Hh

V. letní škola metod molekulární biologie nukleových kyselin a genomiky Ústav morfologie, fyziologie a genetiky zvířat AF MENDELU

Biotechnologický kurz. II. letní škola metod molekulární biologie nukleových kyselin a genomiky

Biotechnologický kurz. III. letní škola metod molekulární biologie nukleových kyselin a genomiky

ISSR (Inter simple sequence repeat) Jiří Košnar

Sekvenování nové generace. Radka Reifová

Biotechnologický kurz. II. letní škola metod molekulární biologie nukleových kyselin a genomiky

Mikrosatelity (STR, SSR, VNTR)

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Genetický polymorfismus jako nástroj identifikace osob v kriminalistické a soudnělékařské. doc. RNDr. Ivan Mazura, CSc.

Tomimatsu H. &OharaM. (2003): Genetic diversity and local population structure of fragmented populations of Trillium camschatcense (Trilliaceae).

Libor Hájek, , Centrum regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum, Přírodovědecká fakulta, Šlechtitelů 27, Olomouc

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Molekulární genetika II zimní semestr 4. výukový týden ( )

Analýza DNA. Co zjišťujeme u DNA DNA. PCR polymerase chain reaction. Princip PCR PRINCIP METODY PCR

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Referenční lidský genom. Rozdíly v genomové DNA v lidské populaci. Odchylky od referenčního genomu. Referenční lidský genom.

Metody studia historie populací. Metody studia historie populací. 1) Metody studiagenetickérozmanitosti komplexní fenotypové znaky, molekulární znaky.

Genetické metody v zoologii

Využití molekulárních markerů v systematice a populační biologii rostlin. 2. Přehled aplikací a otázek

Dědičnost pohlaví Genetické principy základních způsobů rozmnožování

Nové přístupy v modifikaci funkce genů: CRISPR/Cas9 systém

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Výzkumné centrum genomiky a proteomiky. Ústav experimentální medicíny AV ČR, v.v.i.

MOLEKULÁRNĚ BIOLOGICKÉ METODY V ENVIRONMENTÁLNÍ MIKROBIOLOGII. Martina Nováková, VŠCHT Praha

Metody molekulární biologie

2 Inkompatibilita v systému Rhesus. Upraveno z A.D.A.M.'s health encyclopedia

Využití molekulárních markerů v systematice a populační biologii rostlin. 11. Next generation sequencing (NGS)

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Mikrosatelity (STR, SSR, VNTR)

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

EKONOMICKÉ ASPEKTY GENETICKÝCH VYŠETŘENÍ. I. Šubrt Společnost lékařské genetiky ČLS JEP

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

- taxonomicky jeden z nejobtížnějších rodů v Evropě (ca druhů)

PhD. České Budějovice

Využití molekulárních markerů v systematice a populační biologii rostlin. 9. Sekvenování DNA II. nrdna, low-copy markery

Od sekvencí k chromozómům: výzkum repetitivní DNA rostlin v Laboratoři molekulární cytogenetiky BC AVČR

Využití DNA sekvencování v

Genetické mapování. v přírodních populacích i v laboratoři

Hybridizace. doc. RNDr. Milan Bartoš, Ph.D.

Polyfázová identifikace kmenů Aeromonas encheleia

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR InoBio CZ.1.07/2.2.00/

Molekulárně biologické metody princip, popis, výstupy

Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Populační genetika a fylogeneze jedle bělokoré analyzována pomocí izoenzymových genových markerů a variability mtdna

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Genomika rostlin. Jaroslav Doležel Laboratoř molekulární cytogenetiky a cytometrie, Ústav experimentální botaniky AV ČR, v.v.i., Sokolovská 6, Olomouc

"Učení nás bude více bavit aneb moderní výuka oboru lesnictví prostřednictvím ICT ". Základy genetiky, základní pojmy

Crossing-over. over. synaptonemální komplex

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav biologie rostlin

polymorfní = vícetvarý, mnohotvárný

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Crossing-over. Synaptonemální komplex. Crossing-over a výměna genetického materiálu. Párování homologních chromosomů

NGS analýza dat. kroužek, Alena Musilová

Arabidopsis thaliana huseníček rolní

thaliana. balky. 1. Genetická analýza a identifikace počtu genů 2. Určení DNA markerů v genetické vazbě s genem

Co zjišťujeme u DNA ACGGTCGACTGCGATGAACTCCC ACGGTCGACTGCGATCAACTCCC ACGGTCGACTGCGATTTGAACTCCC

Fisher M. & al. (2000): RAPD variation among and within small and large populations of the rare clonal plant Ranunculus reptans (Ranunculaceae).

Bioinformatika a výpočetní biologie KFC/BIN. I. Přehled

Polymorfizmy detekované. polymorfizmů (Single Nucleotide

Thomas Hunt Morgan ( ) americký genetik a embryolog pokusy s octomilkou (D. melanogaster)

RIGORÓZNÍ OTÁZKY - BIOLOGIE ČLOVĚKA

PCR IN DETECTION OF FUNGAL CONTAMINATIONS IN POWDERED PEPPER

Analýza DNA. Co zjišťujeme u DNA

Pokročilé biofyzikální metody v experimentální biologii

Genetické markery. pro masnou produkci. Mgr. Jan Říha. Výzkumný ústav pro chov skotu, s.r.o.

Metody detekce poškození DNA

Genetika vzácných druhů zuzmun

Mgr. Veronika Peňásová Laboratoř molekulární diagnostiky, OLG FN Brno Klinika dětské onkologie, FN Brno

Vyhledávání a charakteristika genů zodpovědných za modré zabarvení obilky pšenice seté (Triticum aestivum L.)

Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/

Transkript:

Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/28.0032

Moderní metody pro studium diverzity a evoluce rostlin Hana Šimková Ekologie a aplikovaná biotechnologie rostlin, 27.3.2015

Metody pro studium diverzity A. Analýza morfologických, anatomických a biochemických znaků B. Analýza na úrovni DNA

Vývoj metod pro studium diverzity 1990-1995 - 2000-2005 - Analýza isoenzymů a sekundárních metabolitů Markery bez znalosti DNA sekvence (RFLP, RAPD, IRAP, PCR-RFLP, AFLP) Analýza velikosti genomu průtokovou cytometrií Markery se znalostí DNA sekvence (SSR) Analýza za pomoci mikročipů DNA (DArT) Sekvenování specifických lokusů (rdna, geny) 2010 - Sekvenování genomových reprezentací (GBS) Sekvenování celých genomů

Banánovník (Musa sp.) Jedna z nejdůležitějších plodin v tropických a subtropických oblastech Jedlé typy banánovníku jsou klony rozmnožující se odnožemi, většinou triploidní (kombinace genomů A a B) Náchylné vůči chorobám a škůdcům, šlechtění rezistentních odrůd hybridizací s planými druhy Lepší znalost struktury genomu a genetické diverzity efektivní využití biotechnologických postupů pro získání rezistentních kultivarů a pro ochranu a konzervaci existujícího genofondu

Sekce Banánovník (Musa sp.) Řád: Zingiberales Čeleď: Musaceae Musa Ensete Musella Eumusa (2n = 22) Rhodochlamys (2n = 22) Callimusa (2n = 20, 18) Australimusa (2n = 20) Společný projekt Ústavu experimentální botaniky AV ČR a Bioversity International Charakterizace položek z genové banky banánovníku v Lovani, studium diverzity http://olomouc.ueb.cas.cz/

Analýza velikosti genomu průtokovou cytometrií Průtoková cytometrie analyzuje optické parametry mikroskopických částic za pohybu v úzkém vodním paprsku Vzorek musí mít formu vodní suspenze jednotlivých částic (např. jader). Zdroj excitačního záření Detektor

Počet jader Stanovení velikosti jaderného genomu VZOREK 20 mg of listového pletiva banánovníku STANDARD 5 mg listového pletiva G. max (2C = 2.50 pg DNA) Jádra Musa G 1 Jádra Glycine G 1 Simultánní izolace a barvení jader Pufr pro izolaci jader + propidium jodid Relativní obsah jaderné DNA Odstranění buněčných zbytků filtrací Poměr pozice G1 píku Glycine ku Musa je 1,984 => obsah jaderné DNA (2C) M. acuminata errans je 2,50 / 1,984 = 1,26 pg DNA (tj. 608 Mbp / 1C)

Počet jader Stanovení ploidie 500 400 2C Známá ploidie (diploid, 2x) 500 400 3C Triploid (3x) 500 400 Tetraploid (4x) 4C 300 300 300 200 200 200 100 4C 0 0 50 100 150 200 250 100 6C 0 0 50 100 150 200 250 100 Relativní poměr jaderné DNA (channel number) 8C 0 0 50 100 150 200 250 Výhody: Jednoduché a rychlé (>100 vzorků za pracovní den) Nedestruktivní (stačí miligramová množství rostlinného pletiva)

Ploidie položek v genové bance banánovníku Průtoková cytometrie byla použita k ověření klasifikace položek rodu Musa v genové bance INIBAP Transit Centre (KU Leuven, Belgie) Analýza ploidie u 1150 z 1175 položek Potvrzena ploidie (83.3%) Mixoploidie (0.79%) Stanoveno poprvé (7.04%) ITC, KU Leuven Smíšená ploidie (1.22%) Jiná ploidie (7.65%)

Aplikace v biosystematice Identifikace vzácných cytotypů Kyprej vrbice (Lythrum salicaria) Různé cytotypy Lythrum salicaria identifikované pomocí průtokové cytometrie (vzorky měřeny simultánně) http://www.ibot.cas.cz/fcm/suda/

Aplikace v biosystematice Prostorová distribuce cytotypů Distribuce cytotypů Empetrum (šicha) ve Skandinávii http://www.ibot.cas.cz/fcm/suda/

Aplikace v biosystematice Identifikace druhů se stejným počtem chromozómů (druhově specifická velikost genomu je pozorována u mnoha rodů) Diskriminace mezi druhy se stejným počtem chromozómů avšak odlišnou velikostí genomu u Dryopteris Kapraď rozložená (Dryopteris dilatata) http://www.ibot.cas.cz/fcm/suda/

Analýza diverzity za pomoci SSR markerů Mikrosatelity (SSR) - krátké repetice DNA (jednotka 1-6 bp) - zejména mezi geny a v nekódujících oblastech J četný výskyt, vysoce polymorfní, mnoho alel, reprodukovatelné, vysokokapacitní (highthroughput) Detekce: - pomocí PCR - primery navržené na okolní sekvenci Vizualizace: a) Elektroforéza agaróza (více než 3%) - PAGE denaturující - nedenaturující b) Pomocí sekvenátoru umožňuje multiplexing

Aplikace při analýze položek banánovníku Analýza genetické diverzity 250 položek rodu Musa z genové banky - pomocí 19 SSR markerů - standardizovaný postup (Christelová et al., Annals of Botany, 2011)

Aplikace při analýze položek banánovníku Analýza SSR profilů na sekvenátoru (fragmentační analýza, program GeneMarker) Přesná identifikace velikosti alel s vysokým rozlišením 3730xl DNA analyzer SSR profil genotypu Sport of Silk (AAB) pro marker mmacir24 (červené píky) High-throughput, multiplexing Multiplexing SSR profilů genotypu Mbwazirume (AAA) pro SSR markery mmacir152 (zelený) mmacir195 (modrý) Ma1_32 (černý) mmacir260 (červený)

Aplikace při analýze položek banánovníku Kladogram DIPLOIDNÍCH položek Kladogram TRIPLOIDNÍCH položek

Analýza diverzity sekvenováním specifických lokusů ITS Struktura oblasti 45S rdna 16S 5.8S 26S ITS1 ITS2 IGS Postup: Izolace genomické DNA PCR amplifikace oblasti ITS (inter-transcribed spacer) z primerů komplementárních k rdna (konzervované sekvence) sekvenování Analýza sekvenčních dat (ClustalW, BioEdit) konstrukce fylogenetických stromů na základě sekvence ITS1 a ITS2 http://olomouc.ueb.cas.cz/ Hřibová et al., PLOS ONE, 2011

Fylogenetické stromy rodu Musa a příbuzných druhů na základě sekvence oblastí ITS1-ITS2 Analýza zahrnovala také hybridy banánovníku a vybrané druhy příbuzných čeledí Strelitziaceae, Lowiaceae, Heliconiaceae a Costaceae BI: Bayesian inference NJ: Neighbor joining http://olomouc.ueb.cas.cz/ Hřibová et al., PLOS ONE, 2011

Analýza diverzity sekvenováním specifických lokusů geny Primery pro PCR odvozeny z exonů (EST) ESTy = části exprimovaných sekvencí - získány z databáze NCBI - rozloženy na různých chromozómech fwd1 rev1 fwd2 rev2 1 1 2 3 ESTy exon1 exon 2 exon 3 Intron 1 Intron 2 Templátem pro PCR genomická DNA - v produktu amplifikace přítomné introny vyšší pravděpodobnost výskytu mutace http://olomouc.ueb.cas.cz/ Christelová et al., BMC Evolutionary Biology, 2011

Fylogenetické stromy rodu Musa a příbuzných druhů na základě sekvence 19 genových lokusů Sekvenování analýza sekvencí rekonstrukce fylogeneze Umožnilo určit období divergence jednotlivých sekcí rodu Musa Objasnilo průběh speciace v rámci rodu Musa Umožňuje zpřesnit taxonomii čeledi Musaceae http://olomouc.ueb.cas.cz/ Christelová et al., BMC Evolutionary Biology, 2011

Analýza za pomoci mikročipů DNA Diversity Arrays Technology (DArT) - umožňuje detekovat variabilitu genomu v tisícovkách lokusů genomu současně. Vhodné pro studium diverzity druhu, genotyping (charakterizaci genotypu), konstrukci genetických map. - Analýza probíhá na základě hybridizace DNA na mikročipu (DArT array) - na sklíčku upevněny sondy - fragmenty DNA z nezametylovaných oblastí genomu (často geny), tzv. genomové reprezentace. Ty se připravují ze souboru (desítek) jedinců téhož druhu/rodu. - fragmenty lišící se mezi jednotlivými jedinci DArT markery Genomové reprezentace ze 4 jedinců www.diversityarrays.com DArT arraye vytvořeny pro desítky druhů rostlin a živočichů

DArT Jak DArT detekuje polymorfismus DNA A) Vývoj arraye B) Analýza genotypů Směs vzorků (odrůdy,linie) Vzorek 1 Vzorek 2 Směs genom. reprezentací Fragmenty se zaklonují a vytvoří se array - 1-0 - - 0-1 - Hybridizační profil 1 Hybridiz. profil 2

Využití DArTFest arraye ke studiu struktury genomu a evoluce u trav (jílky, kostřavy)

Využití DArTFest arraye ke studiu struktury genomu a evoluce u trav (jílky, kostřavy) - také využití pro šlechtitele analýza vytvořených hybridů jílků a kostřav Kopecký et al., Theor. Appl. Genet., 2011

Sekvenování genomových reprezentací Genotyping by sequencing (GBS) - získání informace o genotypu v tisícovkách polymorfních lokusů (jedonukleotidové polymorfismy, inzerce/delece, presence/absence) z dat získaných sekvenováním technologiemi nové generace (NGS) multiplexing. Sekvenovány jsou obvykle jen určité části genomu (genomové reprezentace). Cílem sekvenování jsou zejména geny. Možnosti získávání genomových reprezentací (redukce komplexity): selekce DNA fragmentů získaných štěpením restrikčními endonukleázami: DArTseq a obdobné technologie GBS exome capture - vychytání frakce genomu obohacené o exony pomocí čipů nebo mikrokuliček RNAseq - sekvenování transkriptomu (cdna)

DArTseq - k analýze genotypu využívá sekvenování technologiemi nové generace (NGS) Příprava DArT databáze Směs vzorků daného druhu Vzorek 1 Nalezení polymorfismů a genotyping Genomové DNA Vzorek 2 Genomové reprezentace Sekvenování Genomové reprezentace Sekvenování fragmentů sequence tags ( sekvenční visačky ) DArT databáze daného druhu (referenční genom) gcagtgtctctaacagtaccaggttcgctattgccttgggt Sequence tags gcagtggctctaacagtaccaggtttgctattgccttgggt Identifikace polymorfismů PAV (+/-), SNP, inzerce/delece Vyhodnocení alelických variant (např. t/g, c/t) = genotyping J Ko/dominantní markery, více polymorfismů

Sekvenování celých genomů 1001 Genomes Project Arabidopsis thaliana - Sekvenována 1001 linie huseníčku rolního - modelová rostlina, malý genom (110 Mb) Porovnáním nalezeny změny - v sekvenci i počtech repetitivních sekvencí - v regulačních sekvencích (některé geny se nepřepisují) - v sekvenci genů některé vyřazeny z funkce: - geny pro adaptaci k podmínkám prostředí (zasolení půdy), rezistenci k patogenům, geny ovlivňující kvetení praktické využití u zemědělských plodin

Does size matter? Gambusia case DArTseq in Animals DArTseq developed for 50 new animal species within last year Significant fraction of service for marine biology (several tuna and sharks species) Genotyped 3,000 Gambusia fish and establish paternity of juveniles Identification of genes behind the preference for organ size ongoing