Mikroevoluce u polyploidů - co nám řekne průtoková cytometrie

Mikroevoluce u polyploidů -

co nám řekne průtoková

cytometrie J a n S u d a

0

100

200

300

400

500

0 250 500 750 1000

Num

ber

of n

ucle

i

R e la t iv e f lu o re sc e n c e

2 x3 x 4 x

0

160

320

480

640

800

0 250 500 750 1000

R e la tiv e f lu o re sc e n c e

Num

ber

of n

ucle

i

3 x6 x ( s ta n d a rd )

www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm2 z 40

P o l y p l o i d i e

Polyploidie

zmnožení chromozómových sad

násobek čísla x

auto x allopolyploidie

výhody polyploidů

polytopní vznik

nejčastěji neredukované gamety


R e k o r d y

Haplopappus gracilis2n = 4

Viola modesta2n = 4

Ophioglossum reticulatum2n = 96x = 1440

Voaniola gerardii - 2n = 50x = 596

Sedum suaveolens2n = 80x = 640


Scilla bifoliaantipody - 1 024 nelaiosom - 4 096 n

Phaseolus coccineussuspensor - 8 192 n Arum alpinum

endosperm - 24 576 n

Pisum sativumdělohy - 64 n

Somatická polyploidie

endopolyploidie

Scilla, Beta (70-80 % buněk)

často u malých genomů, zásobních pletiv

antipody Triticum

chromozómy Secale

R e k o r d y


Arabidopsis thalianaC = 0.1 pg

Fritillaria assyriacaC = 127.4 pg

Genlisea aurea C = 0.06 pg

R e k o r d y

Velikost genomu- pg DNA / Mbp


R e k o r d y


K d e s e v y s k y t u j e ?

Často:

Krytosemenné

Kapraďorosty

90 - 95 %

Řasy

allopolyploidie, vysocí polyploidi

Mechorosty

někdy až 80 % - x = 5-7

jen do 32n či 16n

játrovky - 13 %, hlevíky - 2 %


K d e s e v y s k y t u j e ?

Vzácně:

Nahosemenné

11 / 240 druhů - většina 4x

Houby

Sequoia sempervirens2n = 6x = 66


P r ů t o k o v á c y t o m e t r i e

Izolované částice

Optické parametry:

intenzita fluorescence

přímý a boční rozptyl

0

600

1200

1800

2400

3000

0 250 500 750 1000


Num

ber

of n

ucle

i

2 x 3 x


M e t o d i k a


V ý h o d y

vysoká rychlostvysoká rychlost

jednoduchá příprava vzorkůjednoduchá příprava vzorků

nedestruktivnostnedestruktivnost

analýza mitoticky neaktivních pletivanalýza mitoticky neaktivních pletiv

detekce smíšených vzorkůdetekce smíšených vzorků

nízká cenanízká cena


V y u ž i t í

ProtoplastyProtoplasty

obsah DNAobsah DNA

obsah RNAobsah RNA

obsah proteinůobsah proteinů

obsah chlorofyluobsah chlorofylu

obsah alkaloidůobsah alkaloidů

koncentrace Cakoncentrace Ca2+2+

buněčný cyklusbuněčný cyklus

syntéza buněčné stěnysyntéza buněčné stěny

velikostvelikost

viabilitaviabilita

sortingsorting

JádraJádra

obsah DNAobsah DNA

obsah RNAobsah RNA

obsah proteinůobsah proteinů

struktura chromatinustruktura chromatinu

buněčný cyklusbuněčný cyklus

poměr AT/GCpoměr AT/GC

velikost velikost

sortingsorting

ChromozómyChromozómy

obsah DNAobsah DNA

centromerický indexcentromerický index

poměr AT/GCpoměr AT/GC

velikostvelikost

sortingsorting


V y u ž i t í v b o t a n i c e

Determinace blízce příbuzných taxonů s různou ploidií se stejnou ploidií

Determinace hybridů heteroploidní křížení homoploidní křížení

Hledání vzácných cytotypů

Rozšíření cytotypů na různých prostorových škálách Evoluční dynamika populací s výskytem více cytotypů

Detekce aneuploidůUrčení pohlaví u dvoudomých rostlin Detekce endopolyploidizaceDetekce agmatopolyploidie

Určení reprodukčního způsobu

Složení genomu u allopolyploidůPoměr AT / GC bází

Určení velikosti genomu


N á v a z n o s t i

Morfometrika

nalezení diakritických znaků

rozložení morfologické variability uvnitř a mezi populacemi,

rozložení variability na geografickém či ekologickém gradientu

Molekulární biologie

odhalení evolučních linií (počet vzniků polyploidů)

tok genů mezi cytotypy

Ekologie

rozdíly ve stanovištních nárocích jednotlivých cytotypů


R o z l i š e n í p l o i d i í


0

160

320

480

640

800

0 250 500 750 1000

2x 4x

Relative fluorescence

Num

ber

of n

ucle

i

0

80

160

240

320

400

0 250 500 750 1000

4 x2 x

Anthoxanthum2x - A. alpinum4x - A. odoratum

Empetrum2x - E. nigrum4x - E. hermaphroditum

R o z l i š e n í p l o i d i í


0

100

200

300

400

500

0 250 500 750 1000


Num

ber

of n

ucle

i

2 x3 x

0

600

1200

1800

2400

3000

0 250 500 750 1000


Num

ber

of n

ucle

i

2 x 3 x

0

80

160

240

320

400

0 250 500 750 1000

Num

b er

o f n

ucl e

i


2 x 8 x

V z á c n é c y t o t y p y

Vaccinium - 3x Lythrum - 3x

Campanula patula - 8x


0

80

160

240

320

400

0 250 500 750 1000

2 x 3 x 4 x


Num

ber

o f n

u cle

i

0

60

120

180

240

300

0 250 500 750 1000

2 x5 x 6 x


Num

ber

of n

ucle

i

H e t e r o p l o i d n í k ř í ž e n c i

0

100

200

300

400

500

0 250 500 750 1000

Num

ber

of n

ucle

i


2 x3 x 4 x

Empetrum - 3x Oxycoccus - 5xGaleobdolon - 3x


0

40

80

120

160

200

0 250 500 750 1000


Num

ber

of n

ucle

i

3 x

5 x

6 x

8 x

6 x d o u b le t s

0

3 0

6 0

9 0

1 2 0

1 5 0

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

3 x3 x

5 x

6 x

7 x

8 x


Num

ber

of n

ucle

i

Ploidie potomstva:

6x (apomixie)

3x (haploidní partenogenéze)

5x (redukované gamety)

7x (redukovaná + neredukovaná gameta)

8x (neredukovaná + redukovaná gameta)

semenáčky semena

G e n e r o v á n í v a r i a b i l i t y

Experimentální hybridizace:

6x (fakultativně apomiktický)

x 4x (obligátně apomiktický)

Hieracium subg. Pilosella


0

200

400

600

800

1000

0 250 500 750 1000


Nu

mb

er o

f n

ucl

ei

6 x

2n


Polyploidizace

0

160

320

480

640

800

0 250 500 750 1000


Num

ber

of n

ucle

i

3 x6 x ( s ta n d a rd )

n

Haploidní

partenogenéze

Z m ě n y v p l o i d i i


M n o h o r o z m ě r n á m o r f o m e t r i k a

objektivní zhodnocení fenotypové variability

druhově a cytotypově specifické znaky

odlišení kryptických taxonů


0

60

120

180

240

300

0 250 500 750 1000


Num

ber o

f nuc

lei

R. s

a ch a

l ines

is, 2

n =88

R. j

apon

ica,

2n=

88

0

240

480

720

960

1200

0 250 500 750 1000


Num

ber o

f nuc

lei

H. s

c hul

tesi

i2C

=7.

21 p

g

G2

H. a

ura n

tia c

um

2C=

7.80

pg

H o m o p l o i d n í d r u h y

Reynoutria Hieracium subg. Pilosella

Determinace fragmentů, kořenů, ...


H o m o p l o i d n í k ř í ž e n c i

0

160

320

480

640

800

0 250 500 750 1000


Num

ber

of n

ucle

i

R H I

0

20

40

60

80

100

0 200 400 600 800 1000

DDDDDDDCH


Num

ber

of n

ucle

i

Elytrigia repens x E. intermedia

Dryopteris carthusiana x D. dilatata


D i s t r i b u c e c y t o t y p ů

2x

4x3x

EmpetrumVaccinium uliginosum


4x

2x

3x

KrkonošeEmpetrum

*

*

*

**

**

A

B

2x 2x + 3x 3x 4x*

100 m

Mumlavská hora

Jeřábí louka

D i s t r i b u c e c y t o t y p ů


S y m p a t r i c k ý v ý s k y t

evoluční historie

demografické parametry

reprodukčně izolační mechanismy

vnitro- a mezi-cytové interakce

ekologická diferenciace

funkce ve společenstvech (interakce)


Oxycoccus2x + 4x + 5x + 6x

Campanula patula2x + 4x

Pimpinella saxifraga2x + 4x

Galeobdolon2x + 3x + 4x

Hieracium echioides2x + 3x + 4x

Častý jev - významný v mikroevoluci

S y m p a t r i c k ý v ý s k y t


O h r o ž e n é d r u h y

Gymnadenia conopsea

- cytotypová variabilita / morfologické vymezení

0

40

80

120

160

0 200 400 600 800 1000


Num

ber

of n

ucle

i

Pis

um

2C

~ 4C

~ 8C


O h r o ž e n é d r u h y

Cerastium alsinifolium

- hybridizace se sympatrickým C. arvense


I n v a z n í d r u h y

Lythrum salicaria

0

20

40

60

80

0 200 400 600 800 1000


Num

ber

of n

ucle

i

2 x

6 x4 x

3 x

Vaccinium - 3x

2x3x4x6x


I n v a z n í d r u h y

0

80

160

240

320

400

0 250 500 750 1000

2 x 3 x 4 x

G 2G 2

G 2


Num

ber

of n

ucle

iReynoutria

0

60

120

180

240

300

0 250 500 750 1000


Num

ber o

f nuc

lei

R. s

a cha

l ines

is, 2

n=88

R. j

apon

ica,

2n=

88


I n t e r a k c e

Heuchera grossulariifolia

Thompson et al. (1997, 2004)

Greya politella

Greya piperella

Eupithecia misturata


S l o ž e n í g e n o m u

Musa


P ř í b u z e n s k é v z t a h y

2.052.05 1.98

2.05

1.97

1.88

1.731.811.95

1.882.02

2.03

2.14

Velikost genomu 4x



R e p r o d u k č n í z p ů s o b y


0

600

1200

1800

2400

3000

0 250 500 750 1000

2 x

3 x


Num

ber

of n

ucle

i

sexuál

0

200

400

600

800

1000

0 250 500 750 1000

Num

ber o

f nuc

lei


3 x

6 x

apomikt

Taraxacum

0

320

640

960

1280

1600

0 250 500 750 1000

Num

ber

of n

ucle

i


4 x

5 x

6 x8 x

1 0 x 1 2 x

velká variabilitaHypericum

R e p r o d u k č n í z p ů s o b y


morfologická variabilita(statistika)

reprodukce(experimentální

křížení)

genetická variabilita

(molekulára + isozymy)

problémtaxon

určení ploidie

(cytometrie, karyologie)

ekologické parametry

(terénní měření)

geografie(GIS)

sběr materiálu(terén)

S t y l p r a c í

Co se naučíte:

cytometrické techniky

(průtoková, image cytometrie)

karyologické postupy

mnohorozměrné statistiky

molekulární techniky

isozymové techniky


V y b a v e n í

Průtokový cytometrPartec PA II

Průtokový cytometrPartec CyFlow

Průtokový cytometrPartec CyFlow

Image cytometrOlympus

Katedra botaniky Botanický ústav


P r o b í h a j í c í p r á c e

Diplomové práce:

K. Seifertová: Nebezpečí introgresivní hybridizace u hadcového endemita Cerastium

alsinifolium

J. Rauchová: Karyologická diferenciace zvonků ze skupiny Campanula rotundifolia

na různých prostorových škálách

K. Mozolová: Cytogeografie a populační struktura Pimpinella saxifraga

L. Grattová: Morfologická a fytocenologická diferenciace taxonů rodu Empetrum

Doktorské práce:

P. Trávníček: Mikroevoluční procesy v sympatrických populacích více cytotypů

P. Vít: Ochranářská genetika jako nástroj k účinné ochraně ohrožených druhů


K a m s e p ř i d a t ?

Anthoxanthum- prostorová distribuce- intenzita hybridizace- morfologické odlišení

Hieracium echioides- prostorová struktura cytotypů- demografie- vztahy mezi jedinci- vliv mykorhizní symbiózy

Arenaria serpyllifolia agg.- rozšíření cytotypů- morfologické charakteristiky


K a m s e p ř i d a t ?

Chenopodium album- cytotypová variabilita- morfologická diferenciace- vztahy mezi diploidy a polyploidy

Velikost genomu v sukcesi

Interakce cytotypů s dalšími trofickými úrovněmi (opylovači, herbivoři, mykorhiza)

Procesy ve smíšených populacích

Polygonum aviculare agg.- morfologická diferenciace- stanovištní preference- četnost hybridizace

www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm

Documents

Mikroevoluce u polyploidů - co nám řekne průtoková cytometrie