Mikroevoluce u polyploidů - co nám řekne průtoková cytometrie
description
Transcript of 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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm3 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm4 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm5 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm6 z 40
R e k o r d y
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm7 z 40
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 %
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm8 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm9 z 40
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
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
Num
ber
of n
ucle
i
2 x 3 x
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm10 z 40
M e t o d i k a
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm11 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm12 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm13 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm14 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm15 z 40
R o z l i š e n í p l o i d i í
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm16 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm17 z 40
0
100
200
300
400
500
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
2 x3 x
0
600
1200
1800
2400
3000
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
2 x 3 x
0
80
160
240
320
400
0 250 500 750 1000
Num
b er
o f n
ucl e
i
R e la t iv e f lu o re sc e n c e
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm18 z 40
0
80
160
240
320
400
0 250 500 750 1000
2 x 3 x 4 x
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
Num
ber
o f n
u cle
i
0
60
120
180
240
300
0 250 500 750 1000
2 x5 x 6 x
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
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
R e la t iv e f lu o re sc e n c e
2 x3 x 4 x
Empetrum - 3x Oxycoccus - 5xGaleobdolon - 3x
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm19 z 40
0
40
80
120
160
200
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 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
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm20 z 40
0
200
400
600
800
1000
0 250 500 750 1000
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
Nu
mb
er o
f n
ucl
ei
6 x
2n
Hieracium subg. Pilosella
Polyploidizace
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 )
n
Haploidní
partenogenéze
Z m ě n y v p l o i d i i
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm21 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm22 z 40
0
60
120
180
240
300
0 250 500 750 1000
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
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
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
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, ...
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm23 z 40
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
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
Num
ber
of n
ucle
i
R H I
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000
DDDDDDDCH
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
Num
ber
of n
ucle
i
Elytrigia repens x E. intermedia
Dryopteris carthusiana x D. dilatata
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm24 z 40
D i s t r i b u c e c y t o t y p ů
2x
4x3x
EmpetrumVaccinium uliginosum
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm25 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm26 z 40
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)
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm27 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm28 z 40
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
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
Num
ber
of n
ucle
i
Pis
um
2C
~ 4C
~ 8C
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm29 z 40
O h r o ž e n é d r u h y
Cerastium alsinifolium
- hybridizace se sympatrickým C. arvense
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm30 z 40
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
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
Num
ber
of n
ucle
i
2 x
6 x4 x
3 x
Vaccinium - 3x
2x3x4x6x
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm31 z 40
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
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
Num
ber
of n
ucle
iReynoutria
0
60
120
180
240
300
0 250 500 750 1000
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
Num
ber o
f nuc
lei
R. s
a cha
l ines
is, 2
n=88
R. j
apon
ica,
2n=
88
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm32 z 40
I n t e r a k c e
Heuchera grossulariifolia
Thompson et al. (1997, 2004)
Greya politella
Greya piperella
Eupithecia misturata
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm33 z 40
S l o ž e n í g e n o m u
Musa
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm34 z 40
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
Hieracium subg. Pilosella
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm35 z 40
R e p r o d u k č n í z p ů s o b y
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm36 z 40
0
600
1200
1800
2400
3000
0 250 500 750 1000
2 x
3 x
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
Num
ber
of n
ucle
i
sexuál
0
200
400
600
800
1000
0 250 500 750 1000
Num
ber o
f nuc
lei
R e la t iv e f lu o re sc e n c e
3 x
6 x
apomikt
Taraxacum
0
320
640
960
1280
1600
0 250 500 750 1000
Num
ber
of n
ucle
i
R e la tiv e f lu o re sc e n c e
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm37 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm38 z 40
V y b a v e n í
Průtokový cytometrPartec PA II
Průtokový cytometrPartec CyFlow
Průtokový cytometrPartec CyFlow
Image cytometrOlympus
Katedra botaniky Botanický ústav
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm39 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm40 z 40
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
www.ibot.cas.cz/fcmwww.ibot.cas.cz/fcm41 z 40
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