Laboratoř molekulární cytogenetiky (Arjen E. Van ’t Hof )
Zabýváme se studiem struktury a funkce jaderných genomů hmyzu a jiných členovců se zaměřením na klíčové otázky biologie pohlavních chromosomů, jejich evoluce a jejich role v determinaci pohlaví a speciaci. Pro výzkum chromosomů používáme pokročilé metody molekulární cytogenetiky spolu se standardními cytogenetickými technikami. Tyto metody zahrnují zejména různé modifikace fluorescenční in situ hybridizace (FISH) jako např. FISH s telomerickými a rDNA sondami, genomovou in situ hybridizaci (GISH), komparativní genomovou hybridizaci (CGH), mapovaní genů pomocí sond z bakteriálních umělých chromosomů (BAC; tzv. BAC-FISH) a barvení chromosomů pomocí chromosomálně-specifických sond připravených laserovou mikrodisekcí. Pro studium obsahu pohlavních chromosomů, pohlavně-vázaných genů a repetitivních DNA sekvencí a genů podílejících se na determinaci pohlaví využíváme též metody molekulární genetiky a genomiky včetně sekvenování nové generace.
Řešené výzkumné projekty
Genetická diverzita a struktura populací okáče skalního (Chazara briseis): implikace pro jeho ochranu a repatriaci
Číslo projektu: SS07010270
Hlavní příjemce: Česká zemědělská univerzita v Praze / Fakulta životního prostředí
Další příjemci: Biologické centrum AV ČR, v. v. i.
Hlavní řešitel za BC: MSc Arjen Van t Hof, Ph.D.
Datum zahájení a ukončení projektu: 01. 04. 2024 - 31. 12. 2026
Cíl projektu: Hlavním cílem je vypracovat metodický pokyn pro přípravu a realizaci záchranného programu okáče skalního (Chazara briseis) na základě 1) porovnání genetické diverzity a struktury jeho zdrojových, repatriovaných a historických populací včetně modelování vývoje genetické diverzity jednotlivých populací za předpokladu různých managementových scénářů, 2) výzkumu genu (nebo lokusu), který se přímo podílí na počtu produkovaných životaschopných potomků. 3) Dalším cílem je vytvořit standardizovanou metodiku pro odběr vzorků a získání DNA nedestruktivní metodou, tyto postupy budou zobecnitelné nejen pro okáče skalního, ale i pro další druhy motýlů z řádu Lepidoptera.
Chromosomální a molekulární mechanismy determinace pohlaví motýlů
Motýli (Lepidoptera) mají sy
stémy pohlavních chromosomů s heterogametickými samicemi (WZ /ZZ, Z/ZZ), ale skutečný mechanismus determinace pohlaví je prakticky neznámý. Teprve nedávno byl objeven primární faktor určující pohlaví u bource morušového, Bombyx mori. Jeho chromosom W kóduje Fem piRNA, která řídí vývoj samic potlačením exprese Z-vázaného genu Masculinizer, jenž v nepřítomnosti W vede k vývoji samců. Avšak výsledky u martináčů Samia cynthia spp. zpochybňují roli chromosomu W v determinaci samičího pohlaví a podporují rozhodující úlohu počtu chromosomů Z. Naše současné výsledky naopak naznačují, že dráha Fem piRNA /Masc by mohla být zachována u zavíječů čeledi Pyralidae. Proto studujeme molekulární mechanismy determinace pohlaví u druhů se stabilním systémem WZ/ZZ a druhů s postradatelným nebo chybějícím chromosomem W. V rámci tohoto studia identifikujeme ortology genů dráhy determinace pohlaví a analyzujeme jejich expresi a funkci pomocí sekvencí transkriptomů a dostupných metod molekulární genetiky. Naším cílem je přispět k pochopení evoluce determinace pohlaví u motýlů.
[PI: F. Marec]
Molekulární diferenciace a evoluční historie pohlavních chromosomů motýlů
Pohlavní chromosomy a jejich diferenciace patří k nejzajímavějším otázkám evoluční genetiky. Většina poznatků o evoluci pohlavních chromosomů u živočichů byla získána u organismů s heterogametickým samčím pohlavím (tj. se systémem pohlavních chromosomů XY) jako jsou např. mouch
y a savci. Mnohem méně poznatků je u organismů s heterogametickým samčím pohlavím, čili majících systém pohlavních chromosomů WZ nebo jeho modifikace. To se týká zejména motýlů (Lepidoptera), největší skupiny živočichů s heterogametickými samicemi. V naší laboratoři se zabýváme studiem základních charakteristik genomů motýlů, mapováním syntenie konzervovaných genů a molekulární diferenciací pohlavních chromosomů s cílem odhalit evoluční historii motýlích karyotypů a přispět tak k poznání obecných mechanismů evoluce pohlavních chromosomů.
[PI: F. Marec]
Vývoj obecných strategií pro konstrukci genetických sexing kmenů u škodlivých druhů motýlů
Během posledních 25 let byla úspěšně zavedena technika sterilního hmyzu (SIT) proti několika hlavním škůdcům z řádu Lepidoptera. Programy využívající SIT k regulaci populací motýlích škůdců jsou založeny na vypouštění zářením sterilizovaného hmyzu obou pohlaví. Vypouštění pouze samců by mohlo významně snížit náklady a zvýšit efektivitu SIT. Avšak dosud není u žádného motýlího škůdce k dispozici vhodný genetický systém pro produkci potomků pouze samčího pohlaví. Zabýváme se
vývojem obecné strategie pro konstrukci sexing kmenů u motýlů dvěma způsoby: (1) vložením podmíněného letálního genu do pohlavního chromozomu W, specifického pro samice, pomocí editace genomu tak, aby byla eliminována samičí embrya a (2) identifikací genů podílejících se na determinaci pohlaví s cílem nalézt nové možnosti genetické separace pohlaví. Našim hlavním modelovým druhem je obaleč jablečný, Cydia pomonella, jenž je celosvětově významným škůdcem jádrového ovoce a ořechů v oblastech mírného pásma. Tento výzkum je součástí mezinárodního projektu koordinovaného IAEA (Vídeň, Rakousko).
[PI: F. Marec]
Identifikace a analýza repetic v genomu a pohlavních chromosomech motýlů
Repetitivní DNA je nedílnou složkou každého eukaryotního genomu. Tandemové repetice se nacházejí např. v telomerách a centromerách chromosomů a jsou tak důležité pro udržování jejich integrity a funkce. Jsou to také nejrychleji se vyvíjející sekvence v genomu. Mobilní elementy neboli sobecká DNA ovlivňují podobu genomu mnoha mechanismy, které mohou vést např. ke změně exprese genů nebo k chromosomálním aberacím. Repetice se často vyskytují v kompaktní formě chromatinu, tzv. heterochromatinu, který je u motýlů poměrně vzácný. Největším heterochromatinovým blokem motýlů je tak obvykle pohlavní chromosom W, který se nachází výhradně u samic, a je o něm známo, že nese málo genů, ale mnoho repetitivní DNA. V tomto projektu se zabýváme repeticemi, které se podílejí na degeneraci chromosomu W u různých skupin motýlů, např. bělásků (Pieridae), píďalek (Geometridae) a můr (Noctuidae). Cílem je zjistit, jaká je mezidruhová i vnitrodruhová variabilita ve složení a umístění repetic na chromosomu W i jinde v genomu a jakými konkrétními mechanismy dochází k šíření repetic a divergenci chromosomů W a Z. K tomu používáme porovnávání samčích a samičích genomů pomocí bioinformatických nástrojů, např. RepeatExplorer a Tandem Repeats Finder. Vybrané repetice pak mapujeme pomocí fluorescenční in situ hybridizace (FISH), abychom zjistili jejich přesné umístění na chromosomech.
Obrázek: Analýza repetitivní DNA u motýlů. a) Identifikace pohlavního chromosomu W pomocí komparativní genomová hybridizace u Tischeria ekebladella (Tischeriidae). b) Mapování mikrosatelitu u Lomaspilis marginata (Geometridae) pomocí FISH. c) Mapování W-obohacené satelitní sekvence u Pieris napi (Pieridae). d) Variabilita v počtu a obsahu heterochromatinových bloků u L. marginata detekovaná pomocí FISH a barvení DAPI. Na obrázcích b, c a d jsou chromosomy podbarveny DAPI (modrá), hybridizační signály sond jsou červené. Měřítko = 10 um.
[PI: M. Zrzavá]
