Mutační a substituční tempo u sexuálních a klonáních forem: možný klíč k vysvětlení persistence sexu u modelové skupiny sekavců?

• Název práce v češtině: Mutační a substituční tempo u sexuálních a klonáních forem: možný klíč k vysvětlení persistence sexu u modelové skupiny sekavců?
• Název v anglickém jazyce: Mutation and substitution rates in sexual and asexual forms: a clue to the persistence of sex in a model group of Cobitis?
• Klíčová slova: Evoluce sexu, klonální rozmnožování, akumulace škodlivých mutací, sekvenování nové generace, mitochondriální DNA
• Klíčová slova anglicky: Evolution of sex, clonal reproduction, deleterious mutation accumulation, next generation sequencing, mitochondrial DNA
• Akademický rok vypsání: 2014/2015
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
• Vedoucí / školitel: Mgr. Karel Janko, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem, čeká na schválení garantem
• Datum přihlášení: 23.09.2015
• Datum zadání: 02.03.2016
• Datum odevzdání elektronické podoby: 10.08.2016
• Datum proběhlé obhajoby: 14.09.2016
• Oponenti: RNDr. Olga Rothová, Ph.D.
• Konzultanti: Mgr. Jan Pačes, Ph.D.

Předběžná náplň práce

Základním úkolem studenta bude test několika hypotéz o evoluci asexuálního rozmnožování u modelové skupiny ryb, rodu sekavec, a jeho udržení při vzájemné kompetici sexuálních a asexuálních forem, čímž se dotkne jedné z nejstarších a zároveň nevyřešených otázek biologie. Konkrétně se student bude zabývat otázkou akumulace nesynonymních mutací, jejichž zrychlená akumulace v genomu klonálních linií teoreticky vede ke zvýšené extinkci oproti sexuálně se množícím populacím (tzv. teorie Mullerovy rohatky a Kondrashovovy sekerky). Tato studie bude probíhat na dvou úrovních. Za prvé se student opře o naši extenzívní sbírku různých forem sekavců z celé Evropy a za využití jím navržených primerů bude amplifikovat a sekvenovat celou, či alespoň majoritní, část mitogenomu vícero zástupců klonálních a sexuálních forem. Na těchto datech bude detekovat substituční záměny a pomocí fylogenetických metod pak srovnávat tempo jejich akumulací u obou typů populací. V návaznosti na tuto metodiku se student bude účastnit analýz mitochondriální variability v párech matka-potomek za účelem detekce přenosu heteroplasmií, z čehož bude možné odhadnout substituční rychlost studovaných úseků mtDNA (nejpravděpodobněji D-loop). Za druhé se student dostane k datům exomů sekavců a jejich klonálních forem, která aktuálně získáváme pomocí metody sequence capture a NGS sekvenování a bude mít možnost studovat rozdílnost tempa akumulaci substitucí i na úrovni jaderného genomu. Studie je zajištěna projektem GACR No. 13-12580S (2013-2017)

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Main task of the study relates to testing several hypotheses about the origin and maintenance of asexual reproduction in a model organism of spined loaches, genus Cobitis. This topic therefore tackles one of the prominent, yet still unresolved questions in biology. In particular, the student will study the rate of accumulation of nonsynonymous mutations in sexual and clonal strains, which should, theoretically, be higher in clones leading to their higher extinction rate (i.e. Muller’s ratchet and Kondrashov’s hatchet hypotheses). The study shall proceed at two levels. First, the student will design primers for whole mtDNA sequencing of selected specimens of loaches covering all known forms and biogeograohic regions over Europe (all material already available) and he will compare the substitution rate of sexual and clonal forms. In a related project, he will participate at analysis of the mtDNA variability in mother-offspring pairs with the aim at calculating the actual mutation rate at studied mtDNA loci. Second, he shall gain access to currently processed data on Cobitis exome variability, which are currently being gathered through sequence capture and NGS sequencing and which shall enable him to attempt to compare the substitution rates also at the nuclear level. The study is financially covered by a GACR project No. 13-12580S (2013-2017)