Současná biologie se bouřlivě rozvíjí v oblasti genomiky. Tyto přístupy pronikají stále více do ekologie i evoluční biologie. Vznikl nový obor populační genomika, který propojuje terénní a laboratorní biologii. Využívá nové metodiky sekvenování a bioinformatických analýz, které v tomto článku stručně popisujeme a vysvětlujeme.
Použitá a citovaná literatura:
Arabidopsis Genome Initiative. 2000. Analysis of the genome sequence of the flowering plant Arabidopsis thaliana. Nature 408: 796–815.
Bárta J, Stone JD, Pech J, Sirová D, Adamec L, Campbell MA, Štorchová H. 2015. The transcriptome of Utricularia vulgaris, a rootless plant with minimalist genome, reveals extreme alternative splicing and only moderate sequence similarity with Utricularia gibba. BMC Plant Biol. 15: 78.
Carretero-Paulet L, Librado P, Chang TH, Ibarra-Laclette E, Herrera-Estrella L, Rozas J, Albert VA. 2015. High Gene Family Turnover Rates and Gene Space Adaptation in the Compact Genome of the Carnivorous Plant Utricularia gibba. Mol. Biol. Evol. 32: 1284-1295.
Ibarra-Laclette E, Lyons E, Hernández-Guzmán G, Pérez-Torres CA, Carretero-Paulet L, Chang TH, et al. 2013. Architecture and evolution of a minute plant genome. Nature 498: 94–98.
International Rice Genome Sequencing Project. 2005. The map-based sequence of the rice genome. Nature 436: 793–800. 466 Mb
Štorchová H. 2011. Využití sekvenování dalších generací (NGS) v botanice a ekologii. Zprávy Čes. Bot. Společ., Praha 46, Mater. 25: 127-139.
Veleba A, Bureš P, Adamec L, Šmarda P, Lipnerová I, Horová L. 2014.Genome size and genomic GC content evolution in the miniature genome-sized family Lentibulariaceae. New Phytol. 203:22–8.
Wicke SK, Schaeferhof B, DePamphilis CW, Muller KF. 2014. Disproportional plastome-wide increase of substitution rates and relaxed purifying selection in genes of carnivorous Lentibulariaceae. Mol Biol Evol. 31: 529–45.
Genomics is a rapidly developing field of modern biology. Novel genomic approaches are increasingly utilized in ecology and evolutionary biology. Population genomics has been recently established as a new discipline, connecting field and laboratory biology. It uses new sequencing methods as well as bioinformatic analyses, briefly described and explained in this article.
-
Lokalita bublinatky Utricularia macrorhiza, blízké příbuzné i u nás vzácně rostoucí b. obecné (U. vulgaris), na Aljašce. Smithovo jezero nedaleko Fairbanks je obklobeno boreálním lesem se smrkem sivým (Picea glauca) a smrkem černým (P. mariana). V zimě ho pokrývá led o tloušťce až 3 m, který roztaje teprve v polovině května. Vegetační sezona zde trvá jen necelé čtyři měsíce. Foto H. Štorchová
-
Princip metody Restriction site Associated DNA markers sequencing (RAD-seq). DNA zkoumaných jedinců fragmentujeme pomocí restrikčních enzymů (1). Ke koncům vzniklým při štěpení připevníme krátké úseky – DNA adaptory (2). Takto opracované fragmenty mechanicky rozštípeme na menší kousky (3). Pak připevníme jiné adaptory ke koncům všech fragmentů (4). Přidáme primery specifické k prvním (P1) a druhým (P2) adaptorům (5) a provedeme polymerázovou řetězovou reakci (PCR), která pomnoží jen fragmenty obsahující oba adaptory. Tím získáme úseky DNA pocházející z okolí restrikčních míst (6), které se sekvenují např. pomocí metody Illumina. Výsledná čtení (krátké úseky) mapujeme na referenční genom (7). Porovnáme navzájem sekvence z různých jedinců a určíme místa (např. záměny jednoho nukleotidu – Single Nucleotide Polymorphism, SNP), kde se sekvence liší. Takto získáme reprezentativní genetickou informaci z celého genomu, aniž bychom ho museli celý sekvenovat. Originál H. Štorchová
-
Transkriptom je soubor všech molekul RNA z daného pletiva nebo jedince. K jeho získání musíme nejprve reverzně přepsat RNA na komplementární DNA (cDNA), která se pak sekvenuje a jednotlivá čtení se skládají obdobně jako u genomu. Jeden kontig odpovídá jednomu transkriptu, tedy jedné určité molekule mediátorové RNA (mRNA). Skládání transkriptomu komplikuje alternativní sestřih. A – Gen tvořený čtyřmi exony je přepsán a alternativně sestřižen do podoby dvou různých transkriptů. Jeden z nich obsahuje exon 1 a druhý má místo něj exon 2. B – Při skládání transkriptomu narazíme na párová čtení, která mají konce v odlišných kontigách. Čtení na obr. nemůžeme seskládat do jediného kontigu. Musíme sestavit dva kontigy, které v našem případě odpovídají dvěma alternativním transkriptům. Pokud není k porovnání referenční genom, vzniká v tomto kroku mnoho chyb, kdy program generuje neexistující transkripty. Rychle se zlepšující metody dlouhých čtení a pokroky bioinformatických postupů umožňují spolehlivě složit transkriptomy i u nemodelových druhů. Polyploidní rostliny však stále představují nejtvrdší oříšek. Originál H. Štorchová
-
Lokalita bublinatky obecné v rezervaci La Petite Camargue Alsacienne na hranici mezi Francií a Švýcarskem. Horní tok Rýna zde meandruje a vytváří četná slepá ramena a tůně, zarůstající orobincem (Typha) a vodními rostlinami (např. prustka obecná – Hippuris vulgaris, voďanka žabí – Hydrocharis morsus-ranae). Toulky přítmím lužního lesa jsou stejně dobrodružné jako objevování evoluční minulosti v genomech bublinatek. Foto Z. Ragettli