Čeleď brukvovitých patří k největším rostlinným čeledím; zahrnuje 49 tribů, 321 rodů a 3 660 druhů. Zájem vědců o tuto rostlinnou skupinu vzrostl především díky ustanovení huseníčku rolního (Arabidopsis thaliana) modelovým druhem a sekvenování jeho genomu. To v r. 2000 odstartovalo mimo jiné bouřlivý rozvoj srovnávací fylogenomiky a cytogenomiky, včetně úspěšného zavedení metody malování chromozomů (chromosome painting) huseníčku a její aplikace na další zástupce brukvovitých (srovnávací malování chromozomů; comparative chromosome painting, CCP). Metoda CCP umožňuje studium chromozomové kolinearity, rozpoznání chromozomových přestaveb, porovnání struktury chromosomů nebo jejich částí mezi jednotlivými druhy a rekonstrukci struktury celých karyotypů. Brukvovité jsou jedinou rostlinnou čeledí, u níž je v tomto rozsahu metoda CCP použitelná. Srovnávací cytogenetické mapy brukvovitých tak představují zcela unikátní typ dat o evoluci rostlinných karyotypů a genomů.
Použitá a citovaná literatura:
Lysak M. A., Berr A., Pecinka A., Schmidt R., McBreen K., Schubert I. 2006. Mechanisms of chromosome number reduction in A. thaliana and related Brassicaceae species. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103: 5224–5229.
Lysak M. A., Fransz P. F., Ali H. B. M., Schubert I. 2001. Chromosome painting in A. thaliana. The Plant Journal 28: 689–697.
Lysak M. A., Koch M. A. 2011. Phylogeny, Genome, and Karyotype Evolution of Crucifers (Brassicaceae). In: Schmidt R., Bancroft I. (Eds.) Genetics and genomics of the Brassicaceae. Springer. New York.
Lysak M. A., Mandáková T. 2013. Analysis of plant meiotic chromosomes by chromosome painting. Methods in Molecular Biology 990:13–24.
Lysak M. A., Pecinka A., Schubert I. 2003. Recent progress in chromosome painting in A. thaliana and related species. Chromosome Research 11: 195–204.
Mandáková T., Lysak M. A. 2008. Chromosomal phylogeny and karyotype evolution in x=7 crucifer species (Brassicaceae). Plant Cell 20: 2559–2570.
Pecinka A., Schubert V., Meister A., Kreth G., Klatte M., Lysak M. A., Fuchs J., Schubert I. 2004. Chromosome territory arrangement and homologous pairing in nuclei of A. thaliana are predominantly random except for NOR-bearing chromosomes. Chromosoma 113: 258–269.
Schranz M., Lysak M. A., Mitchell-Olds T. 2006. The ABC’s of comparative genomics in the Brassicaceae: building blocks of crucifer genomes. Trends in Plant Science 11: 535–542.
Schubert I., Fransz P. F., Fuchs J., de Jong H. 2001. Chromosome painting in plants. Methods in Cell Science 23: 57–69.
Whole-genome sequencing of the model plant Arabidopsis thaliana has stimulated a rapid development of comparative phylogenomics and cytogenomics, including the invention of chromosome painting in A. thaliana and comparative chromosome painting (CCP) in other species of the Brassicaceae (Cruciferae) family. This is the only plant family in which large-scale CCP is feasible. CCP provides unique insights into the karyotype and genome evolution in plants by comparing chromosome collinearity, identification of chromosome rearrangements, construction of comparative cytogenetic maps, and reconstruction of ancestral karyotype structures.
-
Goldbachia laevigata z čeledi brukvovitých (Brassicaceae), jediné rostlinné čeledi, u níž je zatím aplikovatelná metoda srovnávacího malování chromozomů (comparative chromosome painting, CCP). Foto T. Mandáková
-
Ochthodium aegyptiacum z čeledi brukvovitých (Brassicaceae), jediné rostlinné čeledi, u níž je zatím aplikovatelná metoda srovnávacího malování chromozomů (comparative chromosome painting, CCP). Foto T. Mandáková
-
Malování chromozomů huseníčku rolního (Arabidopsis thaliana; na obr. chromozomy ve fázi pachytene, diakineze a v interfázi) s použitím sondy z chromozomově specifických BAC klonů (Bacterial Artificial Chromosome – umělý bakteriální chromozom, blíže v textu) odpovídajících jednotlivým chromozomům tohoto druhu. Každý z pěti chromozomových párů je označen jiným fluorochromem. Podle: A. Pečinka a kol. (2004), upraveno
-
Princip malování chromozomů (chromosome painting, CP) u huseníčku rolního s použitím fluorescenčně značených BAC klonů odpovídajících dvěma jeho chromozomálním ramenům, které jsou simultánně hybridizovány na pachytenní chromozomy. Mitotické chromozomy huseníčku rolního nejsou kvůli své malé velikosti pro CP vhodné. Orig. T. Mandáková
-
Neúspěšné malování chromozomů u druhu Machaeranthera gracilis (dříve Haplopappus gracilis) z čeledi hvězdnicovitých (Asteraceae, 2n = 4). Oba chromozomové páry byly získány laserovou mikrodisekcí a jejich DNA amplifikovaná pomocí polymerázové řetězové reakce s použitím degenerovaných oligonukleotidových primerů (DOP-PCR). PCR produkt většího chromozomového páru bez patrné sekundární konstrikce byl fluorescenčně označen a použit jako hybridizační sonda. Vysoká koncentrace neoznačené DNA menšího chromozomového páru sloužila k blokování hybridizačního signálu repetitivních sekvencí. Výsledkem barvení je nespecifický signál na obou chromozomových párech. Podle: I. Schubert a kol. (2001), upraveno
-
Příklad srovnávacího malování chromozomů řeřišnice srstnaté (Cardamine hirsuta, n = 8) s použitím BAC klonů huseníčku rolního sestavených podle struktury jednotlivých chromozomů v ancestrálním karyotypu čeledi brukvovitých (Ancestral Crucifer Karyotype, ACK, n = 8). CCP analýza odhalila, že řeřišnice srstnatá sdílí 6 ancestrálních chromozomů s ACK (AK1–AK5 a AK7), zatímco dva chromozomy (AK6 a AK8) prošly reciprokou translokací (AK6/8 a AK8/6). Centromery jednotlivých chromozomů jsou označeny šipkami. Orig. T. Mandáková
-
Diagram znázorňující kolinearitu mezi chromozomy ancestrálního karyotypu čeledi brukvovitých (ACK, n = 8), společného předka druhů z vývojové linie II (Proto-Calepineae Karyotype, PCK, n = 7) a evolučně odvozenými karyotypy řeřišnice srstnaté (Ch, n = 8, tribus Cardamineae), Boechera stricta (Bs, n = 7, Boechereae), huseníku lysého (Turritis glabra, syn. strmobýl lysý, Arabis glabra, Tg, n = 6, Turritideae) a huseníčku rolního (At, n = 5, Camelineae). Genomické bloky jsou označeny A–X a barevně odpovídají pozici na daném ancestrálním chromozomu AK1–AK8. Blíže v textu. Orig. T. Mandáková
-
Rekonstrukce evoluce karyotypu v čeledi brukvovitých. ACK (n = 8) je považován za ancestrální karyotyp vývojové linie I a II. Karyotypy linie II vznikly redukcí chromozomového počtu z ACK prostřednictvím jejich společného předka nazvaného Proto-Calepineae Karyotype (PCK, n = 7). Podle: M. A. Lysák a M. A. Koch (2011), upraveno
-
Penízek modravý (Noccaea caerulescens, syn. Thlaspi caerulescens), u kterého došlo k redukci chromozomového počtu z n = 8 na n = 7 následované několika inverzemi. Foto T. Mandáková