Radka Reifová, Pavel Munclinger, Zuzana Musilová
Transcript of Radka Reifová, Pavel Munclinger, Zuzana Musilová
Evolučniacute genetika 21 ZkZ
Radka Reifovaacute Pavel Munclinger Zuzana Musilovaacute
httpwebnaturcuniczzoologiebiodiversity
Prezentace a materiaacutely k přednaacutešce
Evolučniacute genetika
Umiacutem vysvětlit evoluci
ale jak funguje dědičnost
je mi zaacutehadou
Žaacutednyacute strach
Přišel jsem na
to
Charles Darwin Johann Gregor Mendel
bull Obor vzniklyacute propojeniacutem Darwinovy evolučniacute teorie (1859)
a Mendelovy teorie dědičnosti (1866)
bull Zabyacutevaacute se genetickou variabilitou v populaciacutech i mezi druhy a
procesy ktereacute ji ovlivňujiacute
bull Snaha vysvětlit evoluci pomociacute mechanismů měniacuteciacutech
frekvence alel v populaci
bull Vytvořen teoretickyacute aparaacutet popisujiacuteciacute změny ve frekvenciacutech alel
v populaci na kterou působiacute různeacute evolučniacute siacutely
bull Zaacuteklady populačniacute genetiky
Sir Ronald Fisher J B S Haldane Sewall Wright
Nejdůležitějšiacute milniacuteky evolučniacute genetiky
MODERNIacute SYNTEacuteZA
(30 až 40 leacuteta 20 stoletiacute)
OBJEV DVOUJŠROUBOVICE DNA A
CENTRAacuteLNIacute DOGMA MOLEKULAacuteRNIacute BIOLOGIE
(50 leacuteta 20 stoletiacute)
James Watson a Francis Crick
Nejdůležitějšiacute milniacuteky evolučniacute genetiky
DNA
bull Genetickaacute informace je zakoacutedovaacutena v
pořadiacute nukleotidů v molekule DNA
RNA proteinReplikace
transkripce translace
TEORIE MOLEKULAacuteRNIacute EVOLUCE
(70 leacuteta 20 stoletiacute)
Motto Kimura
bull Přiacuteliv ohromneacuteho množstviacute sekvenčniacutech dat
bull Kombinace teoretickeacuteho aparaacutetu a skutečnyacutech sekvenčniacutech dat
umožňuje studovat jak probiacutehala evoluce organismů v minulosti
OBJEV A ROZVOJ SEKVENAČNIacuteCH TECHNOLOGIIacute
(od 90 let 20 stoletiacute)
Nejdůležitějšiacute milniacuteky evolučniacute genetiky
Populačniacute
genetika Fylogeografie
Speciace Fylogenetika
Komparativniacute
genomika
bull Sekvence celyacutech genomů
bull Sekvence transkriptomů
bull Restriction site associated DNA (RAD) sekvenovaacuteniacute
bull Ciacuteleneacute sekvenovaacuteniacute specifickyacutech genů atd
bull helliphelliphelliphelliphellip
Sekvenčniacute data
bull Dnes kompletniacute genomy viacutece než 80 druhů živočichů a 40 druhů
rostlin v databaacutezi Ensembl
bull 1995 Haemophilus influenze 1 osekvenovanaacute bakterie
bull 1996 Saccharomyces cerevisiae 1 osekvenovanyacute eukaryotickyacute organimus
bull 1998 Caenorhabditis elegans 1 osekvenovanyacute mnohobuněčnyacute organismus
bull 2000 Drosophila melanogaster
2001 Homo sapiens
bull 2002 Mus musculus
bull 2005 Pan troglodydes
bull 2010 Homo neanderthalensis
Sekvence genomů
Avian Phylogenomics Project
V roce 2014 osekvenovaacuteny genomy 48
druhů zahrnujiacuteciacute všechny ptačiacute řaacutedy Do
pěti let v plaacutenu osekvenovat genomy všech
zhruba 10 000 druhů ptaacuteků
Genome 10K Project (2009)Ciacutelem osekvenovat 10 000 druhů obratlovců
V roce 2015 již 277 druhů osekvenovaacuteno či
sekvenovaacuteno
5K Project (2011)Ciacutelem osekvenovat genomy 5 000 druhů členovců
1000 Genomes Project
bull Ciacutelem osekvenovat 1 000 genomů
v lidskeacute populaci a detekovat
genetickeacute polymorfismy
httpwww1000genomesorg
Rozvrh přednaacutešky
Geny a genomy (RR)
Dědičnost (RR)
Referaacutety studentů (Blok I)
Uacutevod do populačniacute genetiky (PM)
Neutraacutelniacute teorie evoluce a molekulaacuterniacute hodiny (RR)
Selekce (PM)
Detekce selekce na molekulaacuterniacute uacuterovni a genetickaacute podstata adaptaciacute (RR)
Genetickeacute mapovaacuteniacute v přiacuterodniacutech populaciacutech i v laboratoři (RR)
Referaacutety studentů (Blok II)
Genealogie (PM)
Speciace (PM)
Fylogeneze (ZM)
Referaacutety studentů (Blok III)
Doporučenaacute literatura
bull Slidy z přednaacutešek doporučeneacute člaacutenky referaacutety
bull An Introduction to Population Genetics (2013)
Rasmus Nielsen and Montgomery Slatkin
bull A dalšiacute knihy uvedeneacute na webu přednaacutešky
Geny a genomy
Genom
bull Obvykle jeden cirkulaacuterniacute chromosom
Většinou haploidniacute Neniacute v jaacutedře
bull DNA neniacute vaacutezaacutena na histony
bull Děleniacute buňky předchaacuteziacute jednoduchaacute
replikace DNA
bull Plasmidy Maleacute kružnicoveacute molekuly
DNA Nesou postradatelneacute avšak za
určityacutech podmiacutenek užitečneacute geny
bull Genom v jaacutedře rozdělen do několika
lineaacuterniacutech chromosomů Většinou
diploidniacute
bull DNA vaacutezaacutena na histony (chromatin)
bull Při děleniacute buňky probiacutehaacute mitoacuteza či
meioacuteza
bull Mimojadernaacute DNA (v mitochondriiacutech a
plastidech) prokaryotickeacuteho původu
Prokaryota Eukaryota
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Evolučniacute genetika
Umiacutem vysvětlit evoluci
ale jak funguje dědičnost
je mi zaacutehadou
Žaacutednyacute strach
Přišel jsem na
to
Charles Darwin Johann Gregor Mendel
bull Obor vzniklyacute propojeniacutem Darwinovy evolučniacute teorie (1859)
a Mendelovy teorie dědičnosti (1866)
bull Zabyacutevaacute se genetickou variabilitou v populaciacutech i mezi druhy a
procesy ktereacute ji ovlivňujiacute
bull Snaha vysvětlit evoluci pomociacute mechanismů měniacuteciacutech
frekvence alel v populaci
bull Vytvořen teoretickyacute aparaacutet popisujiacuteciacute změny ve frekvenciacutech alel
v populaci na kterou působiacute různeacute evolučniacute siacutely
bull Zaacuteklady populačniacute genetiky
Sir Ronald Fisher J B S Haldane Sewall Wright
Nejdůležitějšiacute milniacuteky evolučniacute genetiky
MODERNIacute SYNTEacuteZA
(30 až 40 leacuteta 20 stoletiacute)
OBJEV DVOUJŠROUBOVICE DNA A
CENTRAacuteLNIacute DOGMA MOLEKULAacuteRNIacute BIOLOGIE
(50 leacuteta 20 stoletiacute)
James Watson a Francis Crick
Nejdůležitějšiacute milniacuteky evolučniacute genetiky
DNA
bull Genetickaacute informace je zakoacutedovaacutena v
pořadiacute nukleotidů v molekule DNA
RNA proteinReplikace
transkripce translace
TEORIE MOLEKULAacuteRNIacute EVOLUCE
(70 leacuteta 20 stoletiacute)
Motto Kimura
bull Přiacuteliv ohromneacuteho množstviacute sekvenčniacutech dat
bull Kombinace teoretickeacuteho aparaacutetu a skutečnyacutech sekvenčniacutech dat
umožňuje studovat jak probiacutehala evoluce organismů v minulosti
OBJEV A ROZVOJ SEKVENAČNIacuteCH TECHNOLOGIIacute
(od 90 let 20 stoletiacute)
Nejdůležitějšiacute milniacuteky evolučniacute genetiky
Populačniacute
genetika Fylogeografie
Speciace Fylogenetika
Komparativniacute
genomika
bull Sekvence celyacutech genomů
bull Sekvence transkriptomů
bull Restriction site associated DNA (RAD) sekvenovaacuteniacute
bull Ciacuteleneacute sekvenovaacuteniacute specifickyacutech genů atd
bull helliphelliphelliphelliphellip
Sekvenčniacute data
bull Dnes kompletniacute genomy viacutece než 80 druhů živočichů a 40 druhů
rostlin v databaacutezi Ensembl
bull 1995 Haemophilus influenze 1 osekvenovanaacute bakterie
bull 1996 Saccharomyces cerevisiae 1 osekvenovanyacute eukaryotickyacute organimus
bull 1998 Caenorhabditis elegans 1 osekvenovanyacute mnohobuněčnyacute organismus
bull 2000 Drosophila melanogaster
2001 Homo sapiens
bull 2002 Mus musculus
bull 2005 Pan troglodydes
bull 2010 Homo neanderthalensis
Sekvence genomů
Avian Phylogenomics Project
V roce 2014 osekvenovaacuteny genomy 48
druhů zahrnujiacuteciacute všechny ptačiacute řaacutedy Do
pěti let v plaacutenu osekvenovat genomy všech
zhruba 10 000 druhů ptaacuteků
Genome 10K Project (2009)Ciacutelem osekvenovat 10 000 druhů obratlovců
V roce 2015 již 277 druhů osekvenovaacuteno či
sekvenovaacuteno
5K Project (2011)Ciacutelem osekvenovat genomy 5 000 druhů členovců
1000 Genomes Project
bull Ciacutelem osekvenovat 1 000 genomů
v lidskeacute populaci a detekovat
genetickeacute polymorfismy
httpwww1000genomesorg
Rozvrh přednaacutešky
Geny a genomy (RR)
Dědičnost (RR)
Referaacutety studentů (Blok I)
Uacutevod do populačniacute genetiky (PM)
Neutraacutelniacute teorie evoluce a molekulaacuterniacute hodiny (RR)
Selekce (PM)
Detekce selekce na molekulaacuterniacute uacuterovni a genetickaacute podstata adaptaciacute (RR)
Genetickeacute mapovaacuteniacute v přiacuterodniacutech populaciacutech i v laboratoři (RR)
Referaacutety studentů (Blok II)
Genealogie (PM)
Speciace (PM)
Fylogeneze (ZM)
Referaacutety studentů (Blok III)
Doporučenaacute literatura
bull Slidy z přednaacutešek doporučeneacute člaacutenky referaacutety
bull An Introduction to Population Genetics (2013)
Rasmus Nielsen and Montgomery Slatkin
bull A dalšiacute knihy uvedeneacute na webu přednaacutešky
Geny a genomy
Genom
bull Obvykle jeden cirkulaacuterniacute chromosom
Většinou haploidniacute Neniacute v jaacutedře
bull DNA neniacute vaacutezaacutena na histony
bull Děleniacute buňky předchaacuteziacute jednoduchaacute
replikace DNA
bull Plasmidy Maleacute kružnicoveacute molekuly
DNA Nesou postradatelneacute avšak za
určityacutech podmiacutenek užitečneacute geny
bull Genom v jaacutedře rozdělen do několika
lineaacuterniacutech chromosomů Většinou
diploidniacute
bull DNA vaacutezaacutena na histony (chromatin)
bull Při děleniacute buňky probiacutehaacute mitoacuteza či
meioacuteza
bull Mimojadernaacute DNA (v mitochondriiacutech a
plastidech) prokaryotickeacuteho původu
Prokaryota Eukaryota
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull Vytvořen teoretickyacute aparaacutet popisujiacuteciacute změny ve frekvenciacutech alel
v populaci na kterou působiacute různeacute evolučniacute siacutely
bull Zaacuteklady populačniacute genetiky
Sir Ronald Fisher J B S Haldane Sewall Wright
Nejdůležitějšiacute milniacuteky evolučniacute genetiky
MODERNIacute SYNTEacuteZA
(30 až 40 leacuteta 20 stoletiacute)
OBJEV DVOUJŠROUBOVICE DNA A
CENTRAacuteLNIacute DOGMA MOLEKULAacuteRNIacute BIOLOGIE
(50 leacuteta 20 stoletiacute)
James Watson a Francis Crick
Nejdůležitějšiacute milniacuteky evolučniacute genetiky
DNA
bull Genetickaacute informace je zakoacutedovaacutena v
pořadiacute nukleotidů v molekule DNA
RNA proteinReplikace
transkripce translace
TEORIE MOLEKULAacuteRNIacute EVOLUCE
(70 leacuteta 20 stoletiacute)
Motto Kimura
bull Přiacuteliv ohromneacuteho množstviacute sekvenčniacutech dat
bull Kombinace teoretickeacuteho aparaacutetu a skutečnyacutech sekvenčniacutech dat
umožňuje studovat jak probiacutehala evoluce organismů v minulosti
OBJEV A ROZVOJ SEKVENAČNIacuteCH TECHNOLOGIIacute
(od 90 let 20 stoletiacute)
Nejdůležitějšiacute milniacuteky evolučniacute genetiky
Populačniacute
genetika Fylogeografie
Speciace Fylogenetika
Komparativniacute
genomika
bull Sekvence celyacutech genomů
bull Sekvence transkriptomů
bull Restriction site associated DNA (RAD) sekvenovaacuteniacute
bull Ciacuteleneacute sekvenovaacuteniacute specifickyacutech genů atd
bull helliphelliphelliphelliphellip
Sekvenčniacute data
bull Dnes kompletniacute genomy viacutece než 80 druhů živočichů a 40 druhů
rostlin v databaacutezi Ensembl
bull 1995 Haemophilus influenze 1 osekvenovanaacute bakterie
bull 1996 Saccharomyces cerevisiae 1 osekvenovanyacute eukaryotickyacute organimus
bull 1998 Caenorhabditis elegans 1 osekvenovanyacute mnohobuněčnyacute organismus
bull 2000 Drosophila melanogaster
2001 Homo sapiens
bull 2002 Mus musculus
bull 2005 Pan troglodydes
bull 2010 Homo neanderthalensis
Sekvence genomů
Avian Phylogenomics Project
V roce 2014 osekvenovaacuteny genomy 48
druhů zahrnujiacuteciacute všechny ptačiacute řaacutedy Do
pěti let v plaacutenu osekvenovat genomy všech
zhruba 10 000 druhů ptaacuteků
Genome 10K Project (2009)Ciacutelem osekvenovat 10 000 druhů obratlovců
V roce 2015 již 277 druhů osekvenovaacuteno či
sekvenovaacuteno
5K Project (2011)Ciacutelem osekvenovat genomy 5 000 druhů členovců
1000 Genomes Project
bull Ciacutelem osekvenovat 1 000 genomů
v lidskeacute populaci a detekovat
genetickeacute polymorfismy
httpwww1000genomesorg
Rozvrh přednaacutešky
Geny a genomy (RR)
Dědičnost (RR)
Referaacutety studentů (Blok I)
Uacutevod do populačniacute genetiky (PM)
Neutraacutelniacute teorie evoluce a molekulaacuterniacute hodiny (RR)
Selekce (PM)
Detekce selekce na molekulaacuterniacute uacuterovni a genetickaacute podstata adaptaciacute (RR)
Genetickeacute mapovaacuteniacute v přiacuterodniacutech populaciacutech i v laboratoři (RR)
Referaacutety studentů (Blok II)
Genealogie (PM)
Speciace (PM)
Fylogeneze (ZM)
Referaacutety studentů (Blok III)
Doporučenaacute literatura
bull Slidy z přednaacutešek doporučeneacute člaacutenky referaacutety
bull An Introduction to Population Genetics (2013)
Rasmus Nielsen and Montgomery Slatkin
bull A dalšiacute knihy uvedeneacute na webu přednaacutešky
Geny a genomy
Genom
bull Obvykle jeden cirkulaacuterniacute chromosom
Většinou haploidniacute Neniacute v jaacutedře
bull DNA neniacute vaacutezaacutena na histony
bull Děleniacute buňky předchaacuteziacute jednoduchaacute
replikace DNA
bull Plasmidy Maleacute kružnicoveacute molekuly
DNA Nesou postradatelneacute avšak za
určityacutech podmiacutenek užitečneacute geny
bull Genom v jaacutedře rozdělen do několika
lineaacuterniacutech chromosomů Většinou
diploidniacute
bull DNA vaacutezaacutena na histony (chromatin)
bull Při děleniacute buňky probiacutehaacute mitoacuteza či
meioacuteza
bull Mimojadernaacute DNA (v mitochondriiacutech a
plastidech) prokaryotickeacuteho původu
Prokaryota Eukaryota
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
OBJEV DVOUJŠROUBOVICE DNA A
CENTRAacuteLNIacute DOGMA MOLEKULAacuteRNIacute BIOLOGIE
(50 leacuteta 20 stoletiacute)
James Watson a Francis Crick
Nejdůležitějšiacute milniacuteky evolučniacute genetiky
DNA
bull Genetickaacute informace je zakoacutedovaacutena v
pořadiacute nukleotidů v molekule DNA
RNA proteinReplikace
transkripce translace
TEORIE MOLEKULAacuteRNIacute EVOLUCE
(70 leacuteta 20 stoletiacute)
Motto Kimura
bull Přiacuteliv ohromneacuteho množstviacute sekvenčniacutech dat
bull Kombinace teoretickeacuteho aparaacutetu a skutečnyacutech sekvenčniacutech dat
umožňuje studovat jak probiacutehala evoluce organismů v minulosti
OBJEV A ROZVOJ SEKVENAČNIacuteCH TECHNOLOGIIacute
(od 90 let 20 stoletiacute)
Nejdůležitějšiacute milniacuteky evolučniacute genetiky
Populačniacute
genetika Fylogeografie
Speciace Fylogenetika
Komparativniacute
genomika
bull Sekvence celyacutech genomů
bull Sekvence transkriptomů
bull Restriction site associated DNA (RAD) sekvenovaacuteniacute
bull Ciacuteleneacute sekvenovaacuteniacute specifickyacutech genů atd
bull helliphelliphelliphelliphellip
Sekvenčniacute data
bull Dnes kompletniacute genomy viacutece než 80 druhů živočichů a 40 druhů
rostlin v databaacutezi Ensembl
bull 1995 Haemophilus influenze 1 osekvenovanaacute bakterie
bull 1996 Saccharomyces cerevisiae 1 osekvenovanyacute eukaryotickyacute organimus
bull 1998 Caenorhabditis elegans 1 osekvenovanyacute mnohobuněčnyacute organismus
bull 2000 Drosophila melanogaster
2001 Homo sapiens
bull 2002 Mus musculus
bull 2005 Pan troglodydes
bull 2010 Homo neanderthalensis
Sekvence genomů
Avian Phylogenomics Project
V roce 2014 osekvenovaacuteny genomy 48
druhů zahrnujiacuteciacute všechny ptačiacute řaacutedy Do
pěti let v plaacutenu osekvenovat genomy všech
zhruba 10 000 druhů ptaacuteků
Genome 10K Project (2009)Ciacutelem osekvenovat 10 000 druhů obratlovců
V roce 2015 již 277 druhů osekvenovaacuteno či
sekvenovaacuteno
5K Project (2011)Ciacutelem osekvenovat genomy 5 000 druhů členovců
1000 Genomes Project
bull Ciacutelem osekvenovat 1 000 genomů
v lidskeacute populaci a detekovat
genetickeacute polymorfismy
httpwww1000genomesorg
Rozvrh přednaacutešky
Geny a genomy (RR)
Dědičnost (RR)
Referaacutety studentů (Blok I)
Uacutevod do populačniacute genetiky (PM)
Neutraacutelniacute teorie evoluce a molekulaacuterniacute hodiny (RR)
Selekce (PM)
Detekce selekce na molekulaacuterniacute uacuterovni a genetickaacute podstata adaptaciacute (RR)
Genetickeacute mapovaacuteniacute v přiacuterodniacutech populaciacutech i v laboratoři (RR)
Referaacutety studentů (Blok II)
Genealogie (PM)
Speciace (PM)
Fylogeneze (ZM)
Referaacutety studentů (Blok III)
Doporučenaacute literatura
bull Slidy z přednaacutešek doporučeneacute člaacutenky referaacutety
bull An Introduction to Population Genetics (2013)
Rasmus Nielsen and Montgomery Slatkin
bull A dalšiacute knihy uvedeneacute na webu přednaacutešky
Geny a genomy
Genom
bull Obvykle jeden cirkulaacuterniacute chromosom
Většinou haploidniacute Neniacute v jaacutedře
bull DNA neniacute vaacutezaacutena na histony
bull Děleniacute buňky předchaacuteziacute jednoduchaacute
replikace DNA
bull Plasmidy Maleacute kružnicoveacute molekuly
DNA Nesou postradatelneacute avšak za
určityacutech podmiacutenek užitečneacute geny
bull Genom v jaacutedře rozdělen do několika
lineaacuterniacutech chromosomů Většinou
diploidniacute
bull DNA vaacutezaacutena na histony (chromatin)
bull Při děleniacute buňky probiacutehaacute mitoacuteza či
meioacuteza
bull Mimojadernaacute DNA (v mitochondriiacutech a
plastidech) prokaryotickeacuteho původu
Prokaryota Eukaryota
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull Přiacuteliv ohromneacuteho množstviacute sekvenčniacutech dat
bull Kombinace teoretickeacuteho aparaacutetu a skutečnyacutech sekvenčniacutech dat
umožňuje studovat jak probiacutehala evoluce organismů v minulosti
OBJEV A ROZVOJ SEKVENAČNIacuteCH TECHNOLOGIIacute
(od 90 let 20 stoletiacute)
Nejdůležitějšiacute milniacuteky evolučniacute genetiky
Populačniacute
genetika Fylogeografie
Speciace Fylogenetika
Komparativniacute
genomika
bull Sekvence celyacutech genomů
bull Sekvence transkriptomů
bull Restriction site associated DNA (RAD) sekvenovaacuteniacute
bull Ciacuteleneacute sekvenovaacuteniacute specifickyacutech genů atd
bull helliphelliphelliphelliphellip
Sekvenčniacute data
bull Dnes kompletniacute genomy viacutece než 80 druhů živočichů a 40 druhů
rostlin v databaacutezi Ensembl
bull 1995 Haemophilus influenze 1 osekvenovanaacute bakterie
bull 1996 Saccharomyces cerevisiae 1 osekvenovanyacute eukaryotickyacute organimus
bull 1998 Caenorhabditis elegans 1 osekvenovanyacute mnohobuněčnyacute organismus
bull 2000 Drosophila melanogaster
2001 Homo sapiens
bull 2002 Mus musculus
bull 2005 Pan troglodydes
bull 2010 Homo neanderthalensis
Sekvence genomů
Avian Phylogenomics Project
V roce 2014 osekvenovaacuteny genomy 48
druhů zahrnujiacuteciacute všechny ptačiacute řaacutedy Do
pěti let v plaacutenu osekvenovat genomy všech
zhruba 10 000 druhů ptaacuteků
Genome 10K Project (2009)Ciacutelem osekvenovat 10 000 druhů obratlovců
V roce 2015 již 277 druhů osekvenovaacuteno či
sekvenovaacuteno
5K Project (2011)Ciacutelem osekvenovat genomy 5 000 druhů členovců
1000 Genomes Project
bull Ciacutelem osekvenovat 1 000 genomů
v lidskeacute populaci a detekovat
genetickeacute polymorfismy
httpwww1000genomesorg
Rozvrh přednaacutešky
Geny a genomy (RR)
Dědičnost (RR)
Referaacutety studentů (Blok I)
Uacutevod do populačniacute genetiky (PM)
Neutraacutelniacute teorie evoluce a molekulaacuterniacute hodiny (RR)
Selekce (PM)
Detekce selekce na molekulaacuterniacute uacuterovni a genetickaacute podstata adaptaciacute (RR)
Genetickeacute mapovaacuteniacute v přiacuterodniacutech populaciacutech i v laboratoři (RR)
Referaacutety studentů (Blok II)
Genealogie (PM)
Speciace (PM)
Fylogeneze (ZM)
Referaacutety studentů (Blok III)
Doporučenaacute literatura
bull Slidy z přednaacutešek doporučeneacute člaacutenky referaacutety
bull An Introduction to Population Genetics (2013)
Rasmus Nielsen and Montgomery Slatkin
bull A dalšiacute knihy uvedeneacute na webu přednaacutešky
Geny a genomy
Genom
bull Obvykle jeden cirkulaacuterniacute chromosom
Většinou haploidniacute Neniacute v jaacutedře
bull DNA neniacute vaacutezaacutena na histony
bull Děleniacute buňky předchaacuteziacute jednoduchaacute
replikace DNA
bull Plasmidy Maleacute kružnicoveacute molekuly
DNA Nesou postradatelneacute avšak za
určityacutech podmiacutenek užitečneacute geny
bull Genom v jaacutedře rozdělen do několika
lineaacuterniacutech chromosomů Většinou
diploidniacute
bull DNA vaacutezaacutena na histony (chromatin)
bull Při děleniacute buňky probiacutehaacute mitoacuteza či
meioacuteza
bull Mimojadernaacute DNA (v mitochondriiacutech a
plastidech) prokaryotickeacuteho původu
Prokaryota Eukaryota
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull Sekvence celyacutech genomů
bull Sekvence transkriptomů
bull Restriction site associated DNA (RAD) sekvenovaacuteniacute
bull Ciacuteleneacute sekvenovaacuteniacute specifickyacutech genů atd
bull helliphelliphelliphelliphellip
Sekvenčniacute data
bull Dnes kompletniacute genomy viacutece než 80 druhů živočichů a 40 druhů
rostlin v databaacutezi Ensembl
bull 1995 Haemophilus influenze 1 osekvenovanaacute bakterie
bull 1996 Saccharomyces cerevisiae 1 osekvenovanyacute eukaryotickyacute organimus
bull 1998 Caenorhabditis elegans 1 osekvenovanyacute mnohobuněčnyacute organismus
bull 2000 Drosophila melanogaster
2001 Homo sapiens
bull 2002 Mus musculus
bull 2005 Pan troglodydes
bull 2010 Homo neanderthalensis
Sekvence genomů
Avian Phylogenomics Project
V roce 2014 osekvenovaacuteny genomy 48
druhů zahrnujiacuteciacute všechny ptačiacute řaacutedy Do
pěti let v plaacutenu osekvenovat genomy všech
zhruba 10 000 druhů ptaacuteků
Genome 10K Project (2009)Ciacutelem osekvenovat 10 000 druhů obratlovců
V roce 2015 již 277 druhů osekvenovaacuteno či
sekvenovaacuteno
5K Project (2011)Ciacutelem osekvenovat genomy 5 000 druhů členovců
1000 Genomes Project
bull Ciacutelem osekvenovat 1 000 genomů
v lidskeacute populaci a detekovat
genetickeacute polymorfismy
httpwww1000genomesorg
Rozvrh přednaacutešky
Geny a genomy (RR)
Dědičnost (RR)
Referaacutety studentů (Blok I)
Uacutevod do populačniacute genetiky (PM)
Neutraacutelniacute teorie evoluce a molekulaacuterniacute hodiny (RR)
Selekce (PM)
Detekce selekce na molekulaacuterniacute uacuterovni a genetickaacute podstata adaptaciacute (RR)
Genetickeacute mapovaacuteniacute v přiacuterodniacutech populaciacutech i v laboratoři (RR)
Referaacutety studentů (Blok II)
Genealogie (PM)
Speciace (PM)
Fylogeneze (ZM)
Referaacutety studentů (Blok III)
Doporučenaacute literatura
bull Slidy z přednaacutešek doporučeneacute člaacutenky referaacutety
bull An Introduction to Population Genetics (2013)
Rasmus Nielsen and Montgomery Slatkin
bull A dalšiacute knihy uvedeneacute na webu přednaacutešky
Geny a genomy
Genom
bull Obvykle jeden cirkulaacuterniacute chromosom
Většinou haploidniacute Neniacute v jaacutedře
bull DNA neniacute vaacutezaacutena na histony
bull Děleniacute buňky předchaacuteziacute jednoduchaacute
replikace DNA
bull Plasmidy Maleacute kružnicoveacute molekuly
DNA Nesou postradatelneacute avšak za
určityacutech podmiacutenek užitečneacute geny
bull Genom v jaacutedře rozdělen do několika
lineaacuterniacutech chromosomů Většinou
diploidniacute
bull DNA vaacutezaacutena na histony (chromatin)
bull Při děleniacute buňky probiacutehaacute mitoacuteza či
meioacuteza
bull Mimojadernaacute DNA (v mitochondriiacutech a
plastidech) prokaryotickeacuteho původu
Prokaryota Eukaryota
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull Dnes kompletniacute genomy viacutece než 80 druhů živočichů a 40 druhů
rostlin v databaacutezi Ensembl
bull 1995 Haemophilus influenze 1 osekvenovanaacute bakterie
bull 1996 Saccharomyces cerevisiae 1 osekvenovanyacute eukaryotickyacute organimus
bull 1998 Caenorhabditis elegans 1 osekvenovanyacute mnohobuněčnyacute organismus
bull 2000 Drosophila melanogaster
2001 Homo sapiens
bull 2002 Mus musculus
bull 2005 Pan troglodydes
bull 2010 Homo neanderthalensis
Sekvence genomů
Avian Phylogenomics Project
V roce 2014 osekvenovaacuteny genomy 48
druhů zahrnujiacuteciacute všechny ptačiacute řaacutedy Do
pěti let v plaacutenu osekvenovat genomy všech
zhruba 10 000 druhů ptaacuteků
Genome 10K Project (2009)Ciacutelem osekvenovat 10 000 druhů obratlovců
V roce 2015 již 277 druhů osekvenovaacuteno či
sekvenovaacuteno
5K Project (2011)Ciacutelem osekvenovat genomy 5 000 druhů členovců
1000 Genomes Project
bull Ciacutelem osekvenovat 1 000 genomů
v lidskeacute populaci a detekovat
genetickeacute polymorfismy
httpwww1000genomesorg
Rozvrh přednaacutešky
Geny a genomy (RR)
Dědičnost (RR)
Referaacutety studentů (Blok I)
Uacutevod do populačniacute genetiky (PM)
Neutraacutelniacute teorie evoluce a molekulaacuterniacute hodiny (RR)
Selekce (PM)
Detekce selekce na molekulaacuterniacute uacuterovni a genetickaacute podstata adaptaciacute (RR)
Genetickeacute mapovaacuteniacute v přiacuterodniacutech populaciacutech i v laboratoři (RR)
Referaacutety studentů (Blok II)
Genealogie (PM)
Speciace (PM)
Fylogeneze (ZM)
Referaacutety studentů (Blok III)
Doporučenaacute literatura
bull Slidy z přednaacutešek doporučeneacute člaacutenky referaacutety
bull An Introduction to Population Genetics (2013)
Rasmus Nielsen and Montgomery Slatkin
bull A dalšiacute knihy uvedeneacute na webu přednaacutešky
Geny a genomy
Genom
bull Obvykle jeden cirkulaacuterniacute chromosom
Většinou haploidniacute Neniacute v jaacutedře
bull DNA neniacute vaacutezaacutena na histony
bull Děleniacute buňky předchaacuteziacute jednoduchaacute
replikace DNA
bull Plasmidy Maleacute kružnicoveacute molekuly
DNA Nesou postradatelneacute avšak za
určityacutech podmiacutenek užitečneacute geny
bull Genom v jaacutedře rozdělen do několika
lineaacuterniacutech chromosomů Většinou
diploidniacute
bull DNA vaacutezaacutena na histony (chromatin)
bull Při děleniacute buňky probiacutehaacute mitoacuteza či
meioacuteza
bull Mimojadernaacute DNA (v mitochondriiacutech a
plastidech) prokaryotickeacuteho původu
Prokaryota Eukaryota
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Avian Phylogenomics Project
V roce 2014 osekvenovaacuteny genomy 48
druhů zahrnujiacuteciacute všechny ptačiacute řaacutedy Do
pěti let v plaacutenu osekvenovat genomy všech
zhruba 10 000 druhů ptaacuteků
Genome 10K Project (2009)Ciacutelem osekvenovat 10 000 druhů obratlovců
V roce 2015 již 277 druhů osekvenovaacuteno či
sekvenovaacuteno
5K Project (2011)Ciacutelem osekvenovat genomy 5 000 druhů členovců
1000 Genomes Project
bull Ciacutelem osekvenovat 1 000 genomů
v lidskeacute populaci a detekovat
genetickeacute polymorfismy
httpwww1000genomesorg
Rozvrh přednaacutešky
Geny a genomy (RR)
Dědičnost (RR)
Referaacutety studentů (Blok I)
Uacutevod do populačniacute genetiky (PM)
Neutraacutelniacute teorie evoluce a molekulaacuterniacute hodiny (RR)
Selekce (PM)
Detekce selekce na molekulaacuterniacute uacuterovni a genetickaacute podstata adaptaciacute (RR)
Genetickeacute mapovaacuteniacute v přiacuterodniacutech populaciacutech i v laboratoři (RR)
Referaacutety studentů (Blok II)
Genealogie (PM)
Speciace (PM)
Fylogeneze (ZM)
Referaacutety studentů (Blok III)
Doporučenaacute literatura
bull Slidy z přednaacutešek doporučeneacute člaacutenky referaacutety
bull An Introduction to Population Genetics (2013)
Rasmus Nielsen and Montgomery Slatkin
bull A dalšiacute knihy uvedeneacute na webu přednaacutešky
Geny a genomy
Genom
bull Obvykle jeden cirkulaacuterniacute chromosom
Většinou haploidniacute Neniacute v jaacutedře
bull DNA neniacute vaacutezaacutena na histony
bull Děleniacute buňky předchaacuteziacute jednoduchaacute
replikace DNA
bull Plasmidy Maleacute kružnicoveacute molekuly
DNA Nesou postradatelneacute avšak za
určityacutech podmiacutenek užitečneacute geny
bull Genom v jaacutedře rozdělen do několika
lineaacuterniacutech chromosomů Většinou
diploidniacute
bull DNA vaacutezaacutena na histony (chromatin)
bull Při děleniacute buňky probiacutehaacute mitoacuteza či
meioacuteza
bull Mimojadernaacute DNA (v mitochondriiacutech a
plastidech) prokaryotickeacuteho původu
Prokaryota Eukaryota
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
1000 Genomes Project
bull Ciacutelem osekvenovat 1 000 genomů
v lidskeacute populaci a detekovat
genetickeacute polymorfismy
httpwww1000genomesorg
Rozvrh přednaacutešky
Geny a genomy (RR)
Dědičnost (RR)
Referaacutety studentů (Blok I)
Uacutevod do populačniacute genetiky (PM)
Neutraacutelniacute teorie evoluce a molekulaacuterniacute hodiny (RR)
Selekce (PM)
Detekce selekce na molekulaacuterniacute uacuterovni a genetickaacute podstata adaptaciacute (RR)
Genetickeacute mapovaacuteniacute v přiacuterodniacutech populaciacutech i v laboratoři (RR)
Referaacutety studentů (Blok II)
Genealogie (PM)
Speciace (PM)
Fylogeneze (ZM)
Referaacutety studentů (Blok III)
Doporučenaacute literatura
bull Slidy z přednaacutešek doporučeneacute člaacutenky referaacutety
bull An Introduction to Population Genetics (2013)
Rasmus Nielsen and Montgomery Slatkin
bull A dalšiacute knihy uvedeneacute na webu přednaacutešky
Geny a genomy
Genom
bull Obvykle jeden cirkulaacuterniacute chromosom
Většinou haploidniacute Neniacute v jaacutedře
bull DNA neniacute vaacutezaacutena na histony
bull Děleniacute buňky předchaacuteziacute jednoduchaacute
replikace DNA
bull Plasmidy Maleacute kružnicoveacute molekuly
DNA Nesou postradatelneacute avšak za
určityacutech podmiacutenek užitečneacute geny
bull Genom v jaacutedře rozdělen do několika
lineaacuterniacutech chromosomů Většinou
diploidniacute
bull DNA vaacutezaacutena na histony (chromatin)
bull Při děleniacute buňky probiacutehaacute mitoacuteza či
meioacuteza
bull Mimojadernaacute DNA (v mitochondriiacutech a
plastidech) prokaryotickeacuteho původu
Prokaryota Eukaryota
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Rozvrh přednaacutešky
Geny a genomy (RR)
Dědičnost (RR)
Referaacutety studentů (Blok I)
Uacutevod do populačniacute genetiky (PM)
Neutraacutelniacute teorie evoluce a molekulaacuterniacute hodiny (RR)
Selekce (PM)
Detekce selekce na molekulaacuterniacute uacuterovni a genetickaacute podstata adaptaciacute (RR)
Genetickeacute mapovaacuteniacute v přiacuterodniacutech populaciacutech i v laboratoři (RR)
Referaacutety studentů (Blok II)
Genealogie (PM)
Speciace (PM)
Fylogeneze (ZM)
Referaacutety studentů (Blok III)
Doporučenaacute literatura
bull Slidy z přednaacutešek doporučeneacute člaacutenky referaacutety
bull An Introduction to Population Genetics (2013)
Rasmus Nielsen and Montgomery Slatkin
bull A dalšiacute knihy uvedeneacute na webu přednaacutešky
Geny a genomy
Genom
bull Obvykle jeden cirkulaacuterniacute chromosom
Většinou haploidniacute Neniacute v jaacutedře
bull DNA neniacute vaacutezaacutena na histony
bull Děleniacute buňky předchaacuteziacute jednoduchaacute
replikace DNA
bull Plasmidy Maleacute kružnicoveacute molekuly
DNA Nesou postradatelneacute avšak za
určityacutech podmiacutenek užitečneacute geny
bull Genom v jaacutedře rozdělen do několika
lineaacuterniacutech chromosomů Většinou
diploidniacute
bull DNA vaacutezaacutena na histony (chromatin)
bull Při děleniacute buňky probiacutehaacute mitoacuteza či
meioacuteza
bull Mimojadernaacute DNA (v mitochondriiacutech a
plastidech) prokaryotickeacuteho původu
Prokaryota Eukaryota
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Doporučenaacute literatura
bull Slidy z přednaacutešek doporučeneacute člaacutenky referaacutety
bull An Introduction to Population Genetics (2013)
Rasmus Nielsen and Montgomery Slatkin
bull A dalšiacute knihy uvedeneacute na webu přednaacutešky
Geny a genomy
Genom
bull Obvykle jeden cirkulaacuterniacute chromosom
Většinou haploidniacute Neniacute v jaacutedře
bull DNA neniacute vaacutezaacutena na histony
bull Děleniacute buňky předchaacuteziacute jednoduchaacute
replikace DNA
bull Plasmidy Maleacute kružnicoveacute molekuly
DNA Nesou postradatelneacute avšak za
určityacutech podmiacutenek užitečneacute geny
bull Genom v jaacutedře rozdělen do několika
lineaacuterniacutech chromosomů Většinou
diploidniacute
bull DNA vaacutezaacutena na histony (chromatin)
bull Při děleniacute buňky probiacutehaacute mitoacuteza či
meioacuteza
bull Mimojadernaacute DNA (v mitochondriiacutech a
plastidech) prokaryotickeacuteho původu
Prokaryota Eukaryota
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Geny a genomy
Genom
bull Obvykle jeden cirkulaacuterniacute chromosom
Většinou haploidniacute Neniacute v jaacutedře
bull DNA neniacute vaacutezaacutena na histony
bull Děleniacute buňky předchaacuteziacute jednoduchaacute
replikace DNA
bull Plasmidy Maleacute kružnicoveacute molekuly
DNA Nesou postradatelneacute avšak za
určityacutech podmiacutenek užitečneacute geny
bull Genom v jaacutedře rozdělen do několika
lineaacuterniacutech chromosomů Většinou
diploidniacute
bull DNA vaacutezaacutena na histony (chromatin)
bull Při děleniacute buňky probiacutehaacute mitoacuteza či
meioacuteza
bull Mimojadernaacute DNA (v mitochondriiacutech a
plastidech) prokaryotickeacuteho původu
Prokaryota Eukaryota
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Genom
bull Obvykle jeden cirkulaacuterniacute chromosom
Většinou haploidniacute Neniacute v jaacutedře
bull DNA neniacute vaacutezaacutena na histony
bull Děleniacute buňky předchaacuteziacute jednoduchaacute
replikace DNA
bull Plasmidy Maleacute kružnicoveacute molekuly
DNA Nesou postradatelneacute avšak za
určityacutech podmiacutenek užitečneacute geny
bull Genom v jaacutedře rozdělen do několika
lineaacuterniacutech chromosomů Většinou
diploidniacute
bull DNA vaacutezaacutena na histony (chromatin)
bull Při děleniacute buňky probiacutehaacute mitoacuteza či
meioacuteza
bull Mimojadernaacute DNA (v mitochondriiacutech a
plastidech) prokaryotickeacuteho původu
Prokaryota Eukaryota
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Z čeho se sklaacutedaacute genom
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Protein koacutedujiacuteciacute geny - prokaryota
bull Jednoducheacute geny (nemajiacute introny)
bull Operony Několik genů přepisovanyacutech do jedneacute mRNA (poly
cistronniacute RNA) koacutedujiacuteciacute viacutece proteinů Jedna společnaacute cis-regulačniacute
oblast Obvykle geny jedneacute metabolickeacute draacutehy
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Protein koacutedujiacuteciacute geny - eukaryota
bull Složeneacute geny (exony introny)
bull Jednotliveacute geny majiacute vlastniacute cis-regulačniacute oblasti
(promotory enhancery ndash často i daleko od koacutedujiacuteciacute sekvence)
bull Alternativniacute sestřih umožňuje vytvořit z jedneacute mRNA několik různyacutech proteinů
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Referaacutet Původ a evoluce intronů
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Počty protein koacutedujiacuteciacutech genů v genomu
Homo sapiens
Mus musculus
20 000
Caenorhabditis elegans
14 000
Drosophila melanogaster
Danio rerio
Saccharomyces cerevisiae
7 000
Mycoplasma genitalium
470
Haemophilus influenzae
2 000
Arabidopsis thaliana
21 000
23 000 26 000 25 000
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Diacuteky tomu vznikaacute u člověka až 5 x viacutece různyacutech proteinů než u
Drosophily či C elegance kteřiacute majiacute srovnatelnyacute počet genů
Alternativniacute transkripty a post-translačniacute modifikace proteinů
mohou vyacuteznamně zvyšovat proteinovou komplexitu
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull oblasti genomu ze kteryacutech je přepisovaacutena
funkčniacute nekoacutedujiacuteciacute (nc) RNA
RNA geny
bull ncRNA majiacute velmi rozmaniteacute funkce
regulujiacute genovou expresi na uacuterovni
transkripce sestřihu translace Ovlivňujiacute
stav chromatinu atd
bull Hrajiacute důležitou roli v epigenetickeacute dědičnosti
bull Některeacute ncRNA majiacute katalytickou aktivitu
(ribozymy) např self-splicing introns
ribozomu RNA svět
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Maleacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Ribosomal RNA (rRNA)
bull Transfer RNA (tRNA)
bull Small nuclear RNA (snRNA)
bull Small nucleolar RNA (snoRNA)
Regulačniacute RNA
bull Small interfering RNA (siRNA) ndash obrana před RNA viry
bull Mikro RNA (miRNA) ndash regulace genoveacute exprese
bull Piwi interacting RNA (piRNA) ndash obrana před namnoženiacute transpozonů
bull Obvykle kratšiacute než 100 nt regulačniacute maleacute ncRNA 20-30 nt dlouheacute
Maleacute RNA Mocniacute trpasliacuteci
Petr Svoboda Radek Jankele
222015 Vesmiacuter
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Petr Svoboda a Radek Jankele Vesmiacuter 2015
siRNA miRNA
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Dlouheacute nekoacutedujiacuteciacute RNA
bull Delšiacute než 100 nt
bull Často se překryacutevajiacute s protein koacutedujiacuteciacutemi geny (antisense transkripty nekoacutedujiacuteciacute
alternativniacute transkripty RNA přepisovanaacute z intronů)
bull Jsou ale i v nekoacutedujiacuteciacutech oblastech genomu Funkce většiny z nich neznaacutemaacute
bull Pravděpodobně důležitaacute role v regulaci genoveacute exprese
bull Na rozdiacutel od transkripčniacutech faktorů
(1) Diacuteky rychleacute degradaci mohou regulovat expresi in cis (pouze alely ležiacuteciacute na
stejneacutem chromosomu)
(2) Mohou regulovat expresi jednoho či několika maacutelo konkreacutetniacutech genů kteryacute
rozpoznaacutevajiacute prostřednictviacutem sekvenčniacute homologie
Lee Science (2012)
Xist
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull Transkribovaacuteno je ~80 genomu
Je většina transkriptů funkčniacutech nebo je jednaacute o transkripčniacute šum
ENCODE
(Encyclopedia of DNA Elements)
Vytvořit kompletniacute seznam funkčniacutech
elementů v lidskeacutem genomu zahrnujiacuteciacute
protein koacutedujiacuteciacute geny RNA geny a regulačniacute
oblasti
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Kellis et al 2014
Pouze pro zhruba 10 genomu maacuteme doklad že jeho
funkce je udržovanaacute selekciacute a nebo může byacutet zničena
přirozenyacutemi či v laboratoři vytvořenyacutemi mutacemi
Jak velkaacute čaacutest genomu je funkčniacute
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Probleacutemy při definici genu
bull Překryv genů Stejnyacute uacutesek DNA může koacutedovat viacutece genů - na stejneacutem
řetězci v jineacutem čteciacutem raacutemci či na opačneacutem řetězci (gt50 koacutedujiacuteciacutech
genů maacute antisense transkript) Introny genů často koacutedujiacute funkčniacute RNA
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Probleacutemy při definici genu
bull Alternativniacute sestřih V průměru 63 alternativniacutech transkriptů na gen z
toho jen 39 potenciaacutelně koacutedujiacuteciacutech
bull Existence alternativniacutech promotorů či terminaacutetorů transkripce
(různeacute počaacutetky a konce transkripce pro jeden gen)
bull Přepis sousedniacutech genů do jedneacute mRNA
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Kolik je na obraacutezku genů
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bdquojunkldquo DNA
DNA kteraacute nekoacuteduje proteiny a nebo znaacutemeacute funkčniacute RNA dřiacuteve
považovaacutena za bdquogenetickeacute harampaacutediacuteldquo
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull nefunkčniacute kopie genů (zkraacuteceneacute obsahujiacute mutace často předčasneacute
stop-kodony většinou nejsou exprimovaneacute)
bull v lidskeacutem genomu ~ 14 000 pseudogenů (13 z nich transkripčně
aktivniacute)
Neprocesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute genomovou duplikaciacute Obsahujiacute exony i introny často i okolniacute
DNA sekvence genu včetně promotorů
Procesovaneacute pseudogeny
Vznikajiacute reverzniacute transkripciacute mRNA Nemajiacute introny majiacute polyA Pokud
se integrujiacute pobliacutež funkčniacuteho promotoru mohou byacutet exprimovaneacute
Transkribovaneacute pseudogeny mohou ovlivňovat transkripci genů
z nichž jsou odvozeneacute
Pseudogeny
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull Tandemoveacute repeticemikrosatelity - opakovaacuteniacute 1-6 bp celkovaacute deacutelka až několik stovek bp
minisatelity - opakovaacuteniacute do 25 bp celkovaacute deacutelka až několik kb
např telomerickeacute sekvence
satelity - opakovaacuteniacute několika desiacutetek až stovek bp celkovaacute deacutelka až 1Mb
např v centromeraacutech
bull Rozptyacuteleneacute repetice (mobilniacute DNA elementy transpozony)DNA transpozony - pohybujiacute se procesem transpozice
přes molekulu DNA
retrotranspozony - pohybujiacute se procesem retrotranspozice
přes molekulu RNA
Repetitivniacute sekvence
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
DNA transpozony
bull Hojneacute předevšiacutem u prokaryot
bull Přesunujiacute se mechanismem bdquocut and pasteldquo nebo bdquocopy and pasteldquo
bull Koacutedujiacute enzym transpozaacutezu Často naviacutec takeacute geny pro rezistenci proti
antibiotikům Lemovaneacute obraacutecenyacutemi repeticemi
bull IS elementy a Tn elementy u prokaryot
P elementy u drozofily
Ac a Ds elementy u kukuřice
(Barbara McClintock)
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Referaacutet Invaze P-elementů u Drozofily
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull Vznikly z retrovirů
bull Obsahujiacute dlouheacute koncoveacute repetice (LTR) nesouciacute regulačniacute sekvence a
promotory
bull Koacutedujiacute enzym reverzniacute transkriptaacutezu
bull U všech eukaryot Hojneacute předevšiacutem u rostlin U obratlovců meacuteně časteacute
U bobu seteacuteho cca 1 milion kopiiacute elementu Ty1-copia tvořiacute polovinu genomu
LTR retrotranspozony
Ty1-copia Ty3-copia
bull Velmi podobneacute jsou i endogenniacute retroviry
bull Pozůstatky daacutevnyacutech retrovirovyacutech infekciacute
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
nonLTR retrotraspozony
bull Nemajiacute LTR Poly(A) na 3rsquo konci
bull U všech eukaryot Nějčastějšiacute transpozony u člověka a savců
bull LINE (Long interspersed nuclear elements)
koacutedujiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
bull SINE (Short interspersed nuclear elements)
Nemajiacute vlastniacute reverzniacute transkriptaacutezu
Jejich šiacuteřeniacute zaacutevisleacute na přiacutetomnosti LINE elementů
bull Nejznaacutemějšiacute SINE je Alu sekvence nejhojnějšiacute transpozon u lidiacute
(15 milionů kopiiacute 13 genomu) Vznikla pravděpodobně z genu pro tRNA
7SLRNA (podobně jako geny pro tRNA nese vnitřniacute promotor přepisovanyacute
RNA polymeraacutezou III)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull Většinou v genomu pouze maleacute množstviacute celyacutech nepoškozenyacutech
transpozonů Většinu tvořiacute nefunkčniacute zkraacuteceneacute či jinak poškozeneacute
sekvence transpozonů Ale i poškozeneacute transpozony se mohou
kopiacuterovat pokud v genomu alespoň několik nepoškozenyacutech kopiiacute
ktereacute dodaacutevajiacute potřebneacute enzymy
bull V evoluci se střiacutedajiacute periody kdy jsou transpozony aktivniacute a množiacute
se s periodami klidu
bull Šiacuteřiacute se často i horizontaacutelně
Charakteristickeacute rysy transpozonů
The expansion of Alu subfamilies
(Nat Rev Genet)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Negativniacute vliv transpozonů na hostitele
bull U živočichů 3-45 genomu U rostlin až 80 genomu (kukuřice)
bull Energenickaacute zaacutetěž pro buňku
bull Zvětšeniacute buněk
Zvětšovaacuteniacute genomu
Obřiacute genomy u mloků
bull Velikost genomu u mloků až 120 Gb
Způsobeno namnoženiacutem LTR retrotranspozonů
bull Zvětšeniacute objemu buněk
bull Zjednodušeniacute nervoveacute soustavy a zrakoveacuteho systeacutemu
bull Některeacute druhy majiacute bezjaderneacute červeneacute krvinky
bull Některeacute druhy majiacute čtyřprsteacute končetiny
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull Inzerčniacute mutageneze
bull Ovlivněniacute genoveacute exprese sousedniacutech genů (zvyacutešeniacute exprese genů diacuteky
silnyacutem promotorům či naopak sniacuteženiacute exprese genů v důsledku
heterochromatinizace)
bull Ektopickaacute rekombinace mezi elementy v různyacutech čaacutestech genomu může
veacutest ke vzniku chromosomovyacutech přestaveb či rozsaacutehlyacutech deleciacute či
duplikaciacute
bull U člověka 1 mutaciacute kvůli přeskokům DNA elementů u drosofily až 50
Zvyacutešeniacute mutageneze
bull Organismy se braacuteniacute množeniacute traspozonů heterochromatinizaciacute
DNA obsahujiacuteciacutech transpozony
bull Důležitou roli v tom hrajiacute piwi RNA
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Regulace mutačniacute rychlosti v
zaacutevislosti na stresu
bull Transpozony mohou byacutet aktivovaacuteny
v odpovědi na nějakeacute vnějšiacute podmiacutenky ndash
stres UV zaacuteřeniacute teplotu radioaktivniacute
zaacuteřeniacute zraněniacute infekci patogenem
polyploidizaci mezidruhovou
hybridizaci
bull Vznik novyacutech mutaciacute mezi nimiž mohou
byacutet noveacute varianty schopneacute danyacute stres
přežiacutet
Pozitivniacute vliv transpozonů na hostitele
Tam1 Tam3 u hlediacuteku
(1000x většiacute aktivita při 15degC)
Reme1 u melounu (aktivace UV)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Helitrony = DNA transpozony replikativniacute transpozice pomociacute
mechanizmu valiveacute kružnice (obsahujiacute různeacute fragmenty genů
ndash možnost vzniku chimeacuterickyacutech genů)
DNA mobilniacute elementy činiacute genom dynamičtějšiacutem
bull Podporujiacute duplikaci genů Diacuteky přiacutetomnosti reverzniacute transkriptaacutezy
vznikajiacute v genomu noveacute kopie genů
bull Umožňujiacute přestavby genomu (translokace inverze) diacuteky ektopickyacutem
rekombinaciacutem
bull bdquoExon shufflingldquo pomociacute Helitronů
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Tvorba heterochromatinu
bull Transpozony často umlčeny a
heterochromatinizovaacuteny pomociacute DNA
metylace a RNA interference
bull Transpozony byacutevajiacute důležitou
součaacutestiacute heterochromatinu centromer
bull Inaktivace chromosomu X v
somatickyacutech buňkaacutech savců (důležiteacute
LINE)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull Naacutehrada činnosti telomeraacutezy u Drosophila melanogaster (non-LTR
retrotranspozony Het-A TART TAHRE)
bull Syncytin ndash odvozen od env z endogenniacuteho retroviru HERV ndashW
Důležityacute pro utvaacuteřeniacute placenty
bull V(D)J rekombinace (generuje variabilitu T-cell receptorů a
imunoglobulinů) Řiacutezena RAG1-RAG2 komplexem kteryacute zřejmě
pochaacuteziacute z DNA transpozonu
bull a dalšiacute helliphellip
Molekulaacuterniacute domestikace transpozonů
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Referaacutet Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull Vznik evolučniacutech novinek změnou genoveacute exprese mnoha
genů najednou
bull Např vznik nitroděložniacuteho vyacutevoje u savců umožnila novaacute
regulace mnoha genů exprimovanyacutech v děloze transpozony
Vznik velkyacutech evolučniacutech novinek
Cell Reports 2015
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Velikost genomu a paradox hodnoty C
Kejnovskyacute amp Hobza 2009
bull Rozdiacutelnaacute velikost genomu mezi bliacutezce přiacutebuznyacutemi taxony může byacutet
danaacute (i) rozdiacutelnyacutem namnoženiacutem transpozonů (ii) duplikacemi genomu
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Polyploidizace
bull U rostlin častějšiacute než u živočichů
(60ndash70 krytosemennyacutech rostlin jsou polyploidi u živočichů zejmeacutena u
obojživelniacuteků a u ryb)
bull Polyploidi často probleacutem s meioacutezou Často přechaacutezejiacute na nepohlavniacute
rozmnožovaacuteniacute
bull Přinaacutešiacute i vyacutehody funkčniacute redundance většiacute fenotypickaacute variabilita a schopnost
osiacutedlit extreacutemniacute podmiacutenky rychlejšiacute adaptivniacute evoluce
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Paleopolyploidie u obratlovců
Berthelot et al 2014
bull 2 u předka všech obratlovců
bull 1 u předka kostnatyacutech ryb
bull 1 u předka lososovityacutech ryb
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull K řadě paleopolyploidizačniacutech udaacutelostiacute u krytosemennyacutech rostlin došlo na přelomu
druhohor a třetihor (před 60-70 miliony let) v obdobiacute masivniacuteho vymiacuteraacuteniacute
bull Duplikace genomu by mohla organismům pomoci přežiacutet v měniacuteciacutech se podmiacutenkaacutech
Van de Peer et al 2009
Paleopolyploidie
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Referaacutet Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Osudy duplikovanyacutech genů
bull Genom se postupně opět staacutevaacute diploidniacute
bull Urychleniacute adaptivniacute evoluce
bull Ztraacuteta či subfunkcionalizace odlišnyacutech kopiiacute genů v různyacutech populaciacute
může veacutest ke vzniku reprodukčniacute izolace mezi nimi ndash urychleniacute speciace
Polyploidizace u předků dnešniacutech organismů vzaacutecneacute pokud k nim však
došlo měly pravděpodobně značnyacute vliv na rychlost speciace
diverzifikace a vznik evolučniacutech novinek v daneacute vyacutevojoveacute linii
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Jak vznikajiacute noveacute geny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull velmi častyacute u prokaryot
bull v jeho důsledku se i bliacutezce přiacutebuzneacute
druhy lišiacute svyacutem souborem genů
bull pangenom = soubor všech genů určiteacute
taxonomickeacute skupiny
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Horizontaacutelniacute genovyacute přenos
bull Dochaacuteziacute k němu i u mnohobuněčnyacutech organismů
bull Přenos genů z mtDNA do jaacutedra
bull Přenos genů z endosymbiontů do genomu hostitele
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Cordaux R Gilbert C Evolutionary Significance of Wolbachia-to-
Animal Horizontal Gene Transfer Female Sex Determination and
the f Element in the Isopod Armadillidium vulgare Genes (Basel)
2017 Jul 218(7)
Leclercq S Theacutezeacute J Chebbi MA Giraud I1 Moumen B Ernenwein L
Gregraveve P Gilbert C Cordaux R Birth of a W sex chromosome by
horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome
Proc Natl Acad Sci U S A 2016 Dec 27113(52)15036-15041
Referaacutet Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
bull Geny a jineacute genetickeacute elementy jako druhy
bull Alely jako jedinci vzaacutejemně soupeřiacute o to kteraacute alela se
nejviacutece rozmnožiacute
bull Mezi geny různeacute vztahy (parazitismus mutualismus
neutralismus) Vnitrogenomoveacute konflikty
Genom jako ekosysteacutem
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Eduard Kejnovskyacute amp Roman Hobza Evolučniacute genomika 2009
httpwwwevolucnigenomikacz
Doporučeneacute čteniacute
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)
Popularizačniacute člaacutenek (12 až 1 strana textu) ndash poslat nejpozději do
čtvrtka v tyacutednu před plaacutenovanyacutemi referaacutety
Prezentace (10 min slidy v PowerPoint)
1 Původ a evoluce intronů
2 Invaze P-elementu u Drozofily
3 Evolučniacute původ V(D)J rekombinace
4 Role celogenomovyacutech duplikaciacute v evoluci
5 Horizontaacutelniacute genovyacute přenos z Wolbachiiacute do živočichů
Teacutemata na referaacutety
(Blok I)