Die Art und Weise, wie wir Fragen der Genomentwicklung und -expression angehen können, hat sich in den letzten fünf Jahren enorm verändert. Wir können riesige Mengen an DNA-Sequenzen für jede Art für ein Budget innerhalb des Budgets der meisten Labors erhalten. Vielleicht noch wichtiger ist, dass die Web- und PC-basierten Analysetools es Forschern jetzt ermöglichen, etwas mit all diesen Gigabasen an Sequenzen in Ihrem eigenen Labor zu tun. Die Verknüpfung der DNA-Sequenz mit den physikalischen Chromosomen war jedoch trotz der weit verbreiteten Verwendung der In-situ-Hybridisierung eine anhaltende Herausforderung. Die große Anzahl von Evolutionsprozessen des gesamten Genoms und des gesamten Chromosoms ist für die Sequenzierung des gesamten Genoms nicht zugänglich, aber die Chromosomenanalyse kann die Informationen verwenden, um echte biologische Probleme zu verstehen. Diese Woche denke ich also bei einem Treffen in Polen über Molekulare Pflanzenzytogenetik in der genomischen und postgenomischen Ära nach. Obwohl meine Tweets von der Konferenz einige Anhänger gefunden haben (danke, dass Sie mich wissen lassen, Twitter Analytics) unter der @ChrConf Benutzer und #PMC-Tag hatte ich keinen Partner in den sozialen Medien, daher sind die Eindrücke etwas einseitig. Ich hoffe jedoch, dass die nachstehende Zusammenstellung einen Eindruck von der Bandbreite der während des Treffens behandelten Themen vermittelt – aber wie üblich lieferten die Poster und gesellschaftlichen Veranstaltungen die Quelle neuer Inspiration. Skype wird niemals persönliche Treffen mit alten Freunden ersetzen oder die Möglichkeit bieten, neue Verbindungen zu knüpfen!
Diese Konferenz in Kattowitz, Polen, bringt etwa 150 Personen zusammen, hauptsächlich aus Europa, mit einer beträchtlichen Ergänzung aus dem Bienenstock der zytogenetischen Aktivität, Brasilien. Organisiert wird es von Robert Hasterok, einem führenden Grasnutzer Brachypodium als Modellart (http://aob.oxfordjournals.org/content/104/5/873.short) und seine Entwicklung verstehen (http://aob.oxfordjournals.org/content/109/2/385.short). Das Treffen ehrt Jola Maluszynska, eine der ersten Personen, die molekulare Zytogenetik verwendet hat und mit der ich das Privileg hatte, zusammenzuarbeiten – nicht zuletzt mit dieser anderen Modellart, Arabidopsis (einige veröffentlicht in Annals of Botany vor langer Zeit http://aob.oxfordjournals.org/content/71/6/479.short).
Das Programm bietet genügend Zeit, um sich die beeindruckende Auswahl an Postern anzusehen, die die Lebendigkeit der postgenomischen Forschung zeigen. Diese sind beschrieben in Das abstrakte Buch, aber hier werde ich eine Auswahl von Highlights aus den Vorträgen überblicken. Obwohl es gegen Ende des Programms spricht, ist es nur fair, mit Robert Hasterok zu beginnen – es ist immer eine Herausforderung, in Ihrer Heimatstadt zu sprechen und ein Treffen zu organisieren. In einem breit angelegten Gespräch über Brachypodium, präsentierte er ein vielfältiges Spektrum an zytomolekularen Arbeiten, die in seinem Labor durchgeführt werden, wobei er breitere Punkte aus den Postern herausarbeitete, die wir am ersten Tag studiert hatten. Er definierte eine Modellart als einen Organismus, der bestimmte Merkmale besitzt, die ihn für wissenschaftliche Untersuchungen zugänglicher machen, verglichen mit anderen, weniger handhabbaren Mitgliedern der Gruppe, die er repräsentiert. Es ist auch hilfreich, wenn es über gut entwickelte Forschungsressourcen und Infrastruktur (einschließlich des Anbaus der Pflanze) verfügt, die ein effizientes Arbeiten ermöglichen. Der Brachypodium Genomprojekt wurde 2006 gegründet und die Brachypodium distacyhon genomische Sequenz im Jahr 2010 abgeschlossen. Damals war nicht einmal die Definition der Schlüsselarten der Gattung klar, und erst im Jahr 2012 wurde die Verwendung von in situ Die Hybridisierung zeigte deutlich, dass es drei Arten gab
http://aob.oxfordjournals.org/content/109/2/385.short , jetzt benannt Brachypodium distachyon (2n=10), B. stacei (2n=20) und der Hybrid B. hybridum (2n=30). Robert ging dann auf die Frage „Was ist über die Evolution des Grasgenoms auf Chromosomenebene bekannt?“ ein. „Wie ist die Entwicklung von zusammengesetzten Chromosomen aus einem Gras-Ahnen-Karyotyp?“ Zytomolekulare Arbeiten zeigen Chromosomenumbau und zusammengesetzte Chromosomen in Brachy und seinen näheren und entfernteren Vorfahren in Arbeiten, die Anfang dieses Jahres veröffentlicht wurden ( http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0093503 _). Der nächste Abschnitt seines Vortrags befasste sich mit der nuklearen Organisation. In der Interphase gibt es klare Chromosomengebiete, aber für einzelne Paare homologer Chromosomen werden alle vier Möglichkeiten der Organisation gesehen, mit Assoziation der oberen Arme von Chromosomen, Assoziation der unteren Arme, Assoziation von zwei homologen oder überhaupt keiner Assoziation – die vier in sehr ungefähr gleichen Anteilen (vielleicht das erste etwas häufiger). Eine zweite Gruppe von Experimenten befasste sich mit Anordnungen von Zentromer- und Telomerdomänen an der Interphase in verschiedenen Brachypodium Arten: Bemerkenswerterweise gab es eine Rabl-Konfiguration mit Zentromeren an einem Pol und Telomeren am gegenüberliegenden Ende der diploiden Interphasekerne, während bei den tetraploiden 4x kein solches Muster zu sehen war. Dies führte zur Diskussion epigenetischer Effekte, bei denen eine nukleoläre Dominanz zu sehen ist B. hybridum: das B. distachyon-Herkunfts-rDNA-Gene dominieren gegenüber denen von B. stacei. Wie bei allen guten Gesprächen erhielten wir Einblicke in die Backsteinmauern der Forschung: Brachypodium ist fast ein Anti-Modell für das Studium der Meiose, während die offensichtliche Frage nach dem Verhalten von resynthetisiert wird B. hybridum gegenüber der Millionen Jahre alten Art wird durch die mangelnde Lebensfähigkeit der neuen Hybride behindert.
Zurück zum Programmbeginn mit Dieter Schweizer, der Einblicke in die strukturelle Erhaltung von Chromosomen und epigenetische Effekte gab. Das Strukturprotein DMS3 interagiert mit DME Demeter, einem DNA-Glycosylase-Domänenprotein und Transkriptionsaktivator, das 5-Methylcytosin direkt aus der DNA entfernt und dessen Ersatz durch unmethyliertes Cytosin einleitet. In einem zweiteiligen Vortrag behandelte Dieter im zweiten Teil die Zytogenetik und Immunzytochemie des triploiden Endosperms, wo die Trennung des elterlichen Genoms und die somatische Paarung stattfinden.
Ich werde in einem späteren Beitrag auf einige Aspekte meines Vortrags eingehen (insbesondere auf eine Folie zur Pflanzenproduktion und dem Beitrag der Genetik) – bis dahin Mein Vortrag ist hier veröffentlicht. wenn auch mit wenig Begleittext. Hans De Jong sprach anschließend über Pflanzenzytogenetik im Zeitalter der modernen Genomik, wo ich nicht sicher war, ob er glücklich oder traurig darüber war, dass sich der niederländische Beitrag zum Tomatengenomsequenzierungsprojekt, Chromosom 6, als einer der am meisten umgeordneten oder variabelsten erwies und daher schwierig zu analysieren. Die erstaunliche 6-Farben-In-situ-Hybridisierung löste viele komplexe Probleme bei der Anordnung von Contigs aus kontinuierlichen Sequenzblöcken und verknüpfte dann Ordnungen zwischen Tomate und Kartoffel. Hans kam zu dem Schluss, dass Assemblierungsalgorithmen etwa 33 % aller assemblierten Contigs in der Tomate an der falschen Position oder in der falschen Reihenfolge platzierten. Ich war auch an seiner abschließenden Diskussion über breite Vergleiche auf Sequenzebene interessiert, die jetzt zwischen verschiedenen Arten und sogar Gattungen in Solanaceae durchgeführt werden, obwohl ich gespannt bin, wie diese mit dem Anteil hochvariabler Wiederholungen zwischen den Arten fertig werden.
Nach unserer ersten Pause sprachen Ingo Schubert und Mitarbeiter Giang TH Vu über Bruchreparatur – Doppelstrangbrüche (DSBs) bei der Meiose in somatischen Zellen, die die molekulare mit der mikroskopischen Ebene in der monokotylen Gerste verbinden. DSB sind allgegenwärtig, häufig und gefährlich für das Genom, und wenn sie nicht repariert werden, sind sie für sich teilende Zellen tödlich. Ingo konnte durch molekulare Konstrukte und Mikroskopie zwischen den verschiedenen DSB-Reparaturwegen mit homologer Rekombination oder nicht-homologer Endverbindung unterscheiden. Der letztere NHEJ wurde als der dominierende DSBs-Reparaturweg in Gerste angesehen, mit den daraus resultierenden kleinen Deletionen und/oder Insertionen mit oder ohne Mikrohomologie. Als ich meine Frage zur Rolle von Enzymen und Unterschieden zwischen Arten stellte, fühlte ich mich wie der berüchtigte „dritte Gutachter“ wichtiger Manuskripte, der noch mehr Arbeit für die erste Demonstration der Beziehungen der verschiedenen DSB-Reparaturmechanismen wünscht!
Andreas Houben, einer der großen Delegation des IPK in Gatersleben, diskutierte dann Zentromere mit seinen Interessen an der Haploiden-Technologie und doppelten Haploiden. CENH3 ist als modifiziertes Histon H3 eine essentielle Centromer-Komponente in fast allen Eukaryoten. Andreas zeigte eine weitere Hybridart, Arabidopsis suecica (waren natürlich und dieses Mal können künstliche Hybride hergestellt werden), wodurch spezifische Antikörper hergestellt werden, die spezifisch für das CENH3 in den beiden Vorfahren sind. Bei stabilen Hybriden sind beide CENH3-Sequenzen mit beiden Zentromeren immunhybridisiert – nicht wie die artspezifischen Zentromersequenzen (https://botany-one.ghost.io/content/files/www-le-ac-uk/bl/phh4/openpubs/openpubs/kamm_arenosa.pdf ) – aber mit hochauflösender Mikroskopie konnte sein Labor sehen, dass CENH3-Varianten unterschiedlich in verschiedene zentromerische Subdomänen geladen werden. Unter Verwendung einiger Gerstenanbau-Mutationssätze von Linien wurde ein mutiertes betaCENH3 gefunden, das nicht auf die Zentromere geladen wurde, die einen normalen Phänotyp aufwiesen, außer dass es ziemlich steril war: 56 % univalent und 24 % mit Verzögerung bei der Meiose. Zurück zu Arabidopsiswurde eine CENH3-Mutante nachgewiesen, die eine haploide Induktionslinie (mit einer einzigen Aminosäureänderung) erzeugt, mit der wichtigen Konsequenz, dass Hybriden, die diese Linie verwenden, das mütterliche Genom verlieren könnten, was es Pflanzenzüchtern ermöglicht, das Zytoplasma in einer Generation zu ersetzen.
Paul Fransz brachte unser Verständnis einer großen parazentrischen Inversion von vor 10000 Jahren voran, die in Arabidopsis beobachtet wurde. Seine Sequenzierungs- und zytogenetischen Arbeiten ermöglichten die Erkennung der Inversionsgrenzen und damit des molekularen Mechanismus der Inversion, Arbeiten mit (epi)genetischen und phylogenetischen Konsequenzen. Bemerkenswerte genomweite Assoziationsanalysen (GWAS) zeigten, dass eine erhöhte Fitness unter abiotischem Trockenstress – das Merkmal Fruchtlänge und Fruchtbarkeit – mit den Genen in der Zone niedriger Rekombination um die Inversion assoziiert war.
Hanna Weiss-Schneeweiss zeigte, wie moderne zytogenetische Ansätze „Mehr als das Auge trifft: Kontrastierende evolutionäre Trajektorien in Polyploiden des Prospero-Komplexes“ aufzeigen und konnte die komplexen Beziehungen in diesen Arten klären.
Unser zweiter Tag begann mit der Vorführung der wunderbaren Zeitrafferfilme der polnischen Botaniker Bajer & Mole-Bajer, die 1956 aufgenommen wurden und die Mitose zeigen Haemanthus Endosperm. Ich kannte diese aus meiner Studienzeit und bekam in den 1990er Jahren eine 16-mm-Verfilmung von Professor Rachel Leech aus York geschenkt. Ich ließ sie auf VHS-Videoband umwandeln, aber glücklicherweise können wir jetzt alle frei im Internet darauf zugreifen – ob als Download http://www.cellimagelibrary.org/images/11952 oder mehrere Beiträge auf YouTube wie z https://www.youtube.com/watch?v=s1ylUTbXyWU .
Eine wichtige praktische Frage für Züchtung und Selektion, die auf mehreren Vorträgen des ersten Tages aufbaut, betrifft Glyn Jenkins' zentrale Frage: Können wir Rekombinationsorte verändern, um neue Rekombinationen, neue genetische Variationen und nützliche Phänotypen freizusetzen? Dann wären wir auf dem besten Weg, das Gerstengenmaterial durch Manipulation der Rekombination zu „optimieren“. Die verschiedenen Meiose-Antikörper – ASY1, ZYP1 und HvMLH3 – ermöglichten die Untersuchung von Rekombinationsprozessen und lieferten eine Karte der Rekombinationsknoten. Rekonstruktionen einzelner Bivalente mit Meiose-Antikörpern zeigen eine distale Präferenz der Chiasmata (http://jxb.oxfordjournals.org/content/64/8/2139.short). Bemerkenswerterweise veränderte ein wesentlicher, aber nicht extremer (15 ° C bis 25 ° C) Anstieg der Wachstumstemperatur für Gerste die genetische Länge und wurde bei hohen Temperaturen in der männlichen Meiose viel länger (mehr Rekombination), wenn auch nicht auf der weiblichen Seite. Die Kartenerweiterung erfolgte in perizentromeren Regionen und verschob die Orte der HvMLH3-Foci signifikant, aber nicht die Zahlen.
AoB-Editor Martin Lysak mit Terezie Mandakova diskutierte sie eine sehr umfangreiche Arbeit zur Chromosomenentwicklung der Brassicaceae unter dem Titel „Mehr als nur Kohl: Chromosomen- und Genom-Evolution bei Kreuzblütlern“ (z. B. http://www.plantcell.org/content/25/5/1541.shortDie Einfachheit der von Martin aufgezeigten Evolutionsmodelle der Kreuzblütlergenome lässt die enorme Menge an zugrundeliegenden Daten aus vergleichender Zytogenetik, sequenzierten Genomen, genetischen Karten und Phylogenetik sowie die Anzahl der Entwürfe, die zur Modellentwicklung verwendet wurden, kaum erahnen (wobei ich mir nicht sicher bin, was heutzutage anstelle von Umschlägen verwendet wird). Grundsätzlich lässt sich der ursprüngliche Kreuzblütlerkaryotyp (ACK) bei Diploiden (die selbst oft polyploiden oder hybriden Ursprungs sind) und Polyploiden in 24 ursprüngliche Genomblöcke unterteilen. Einer der einfachsten Fälle ist… Capsella Röteln (Slotteet al. 2013) blieb die ACK weitgehend erhalten, während eine Diversifizierung ohne groß angelegte Umlagerungen erfolgen kann Cardamine. Arabis alpina ist komplexer, da sieben der acht ursprünglichen Chromosomen neu angeordnet wurden, wahrscheinlich durch fünf reziproke Translokationen, vier perizentrische Inversionen, drei Centromer-Repositionierungen, einen Centromerverlust und ein neues Centromer. Wahnsinn! Martin präsentierte uns alle wichtigen Abstammungslinien der Gruppe, vom Extrem der Chromosomenzahlreduktion bis hin zu n=5. Arabidopsis thaliana, bis zu den meisten bemerkenswerte 72 Genomverdopplungsereignisse in Raps/Brassica napusseit Ursprung der Angiospermen! Eine Verdreifachung des gesamten Genoms hat eindeutig die genomische und taxonomische Vielfalt angespornt Brassica und die Tribus Brassiceae und ich müssen seine nächsten Veröffentlichungen mit vielen Kollegen, insbesondere aber mit der Mitautorin Terezie Mandakova, verfolgen, um die Folgen der absteigenden Dysploidie vom ACK-Vorfahrenkaryotyp der Kreuzblütler und PCK (Proto-Calepineae-Karyotyp) zu verstehen, mit einer Reihe von Mechanismen, die Translokationen, den Verlust von Minichromosomen, End-zu-End-Fusionen, Inversionen und Centromere-Verschiebungen umfassen.
Die letzten Vorträge vor der Veröffentlichung dieser Notizen stammten von Kesara Anamthawat-Jonsson – meiner ersten Doktorandin – zum Thema „Woher kommt die Birke in Island?“ Betula ist eine weitere Gattung mit vielen Hybriden, auch wenn sich die Geschichte der Birke in Island nur auf die 10000 Jahre des Holozäns erstreckt, seit Island unter dem Eis hervorkam. Kesara baut auf ihr auf Annals of Botany Krepppapier http://aob.oxfordjournals.org/content/99/6/1183.short zeigt, dass 10 % der isländischen Birken 2n=3x=42 Hybriden sind, aber nur die Hälfte davon ist an ihrer Morphologie zu erkennen. Kesara hat nun Chloroplasten-DNA-Haplotypen in ganz Island sowie Beweise für eine umfassende Introgression zwischen den Arten über 3x-Hybride unter Einbeziehung ganzer Genome beider Arten untersucht Betula nana und B. pubescens.
Es stehen noch einige Vorträge an, und danach besuche ich einige Labore. Es tut mir leid, dass ich nicht alles abdecken kann, aber ich hoffe, dieser kurze Einblick in die spannende Tagung ist für einige hilfreich. Es ist offensichtlich, dass wir uns im postgenomischen Zeitalter befinden, und zytogenetische Ansätze machen in diesem neuen Umfeld große Fortschritte.
