Genetics and Genomics of Hybrid Sterility

• Název práce v češtině: Genetika a genomika hybridní sterility
• Název v anglickém jazyce: Genetics and Genomics of Hybrid Sterility
• Klíčová slova: Hybridní sterilita; chromozomální substituční kmeny; meióza; chromozomální asynapse; meiotické inaktivace pohlavních chromozomů; Prdm9; Haldaneovo pravidlo
• Klíčová slova anglicky: Hybrid sterility; chromosome substitution strains; meiosis; chromosomal asynapsis; meiotic sex chromosome inactivation; Prdm9; Haldane's rule
• Akademický rok vypsání: 2009/2010
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
• Vedoucí / školitel: prof. MUDr. Jiří Forejt, CSc., DrSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 09.06.2010
• Datum zadání: 09.06.2010
• Datum potvrzení stud. oddělením: 24.05.2013
• Datum a čas obhajoby: 05.09.2013 12:30
• Datum odevzdání elektronické podoby: 24.05.2013
• Datum proběhlé obhajoby: 05.09.2013
• Oponenti: Ing. Michal Pravenec, DrSc.

Předběžná náplň práce

A. Rozbor genetické podstaty F1 hybridní sterility
Samčí hybridní sterilita vede k omezení genetického toku mezi příbuznými druhy a tím přispívá k procesu speciace. Dosud byl u savců zmapován jediný speciační gen, a to Prdm9 u myši. (Mihola, Trachtulec et al. 2009). Jedním z cílů této práce bylo odhalit genetickou podstatu samčí hybridní sterility na modelu F1 hybridů mezi PWD samicí a samcem B6. Pokusili jsme se studiem F1 hybridů mezi PWD a B6.PWD-Chr# konsomického panelu zodpovědět následující dotazy: Kolik genetických lokusů kontroluje F1 hybridní sterilitu? Na kterých místech v genomu se nacházejí? Genetické studie na rodu Drosophila ukázaly, že Chr X se podílí na hybridní sterilitě disproporčně. V naši studii jsme usilovali o genetické zmapování lokusů na ChrX, účastnících se F1 hybridní sterility. Hlavním záměrem bylo pomocí metod pozičního klonování a expresního profilování identifikovat kandidátní geny, které by se mohly podílet na kontrole F1 hybridní sterility.
B. Objasnění mechanistické podstaty F1 hybridní sterility
Savčí speciační gen Prdm9 hraje duální roli, a to v hybridní sterilitě a v kontrole meiotických rekombinačních hotspotů (Mihola, Trachtulec et al. 2009; Parvanov, Petkov et al. 2010). Tato dvojitá funkce Prdm9 nás pobídla k analýze mechanistické podstaty hybridní sterility, abychom zodpověděli tři specifické dotazy: (a)Které buněčné a molekulární procesy jsou spojeny se zástavou spermatogeneze? (b) Jsou meiotické defekty vedoucí k samčí hybridní sterilitě skutečně specifické pro samčí pohlaví (Haldaneovo pravidlo)? (c) Co můžeme o hybridní sterilitě vypozorovat manipulací jejích jednotlivých genetických komponent?
C. Rozbor Mullerovy teorie dominance jako vysvětlení Haldaneova pravidla
F1 hybridní sterilita postihuje jenom samčí pohlaví, jak říká Haldaneovo pravidlo (Haldane 1922). Haldaneovo pravidlo bývá vysvětleno obecně uznávanou teorií dominance popsané Hermanem Mullerem (Muller H 1942), která tvrdí, že životaschopnost hybridů je ovlivněna v závislosti na pohlaví a to je zapříčiněno recesivní povahou mutací spojených s Chr X , které se projeví u hemizygotních XY samců, ale už ne u XX samic. Položili jsme si otázku, zda u F1 hybridních samic má homozygozita genů hybridní sterility spojených s Chr X obdobný vliv na jejich fertilitu a meiotický fenotyp, jako to pozorujeme u F1 hemizygotních samců. Studie poskytne první experimentální test teorie dominance Haldanova pravidla u savců.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

A. Dissecting the genetic basis of F1 hybrid sterility.
Male-limited hybrid sterility contributes to speciation by restricting gene flow between related taxa. The only known mammalian speciation gene Prdm9 was mapped in mouse (Mihola, Trachtulec et al. 2009). One of the aims of this thesis was to investigate the genetic basis of hybrid male sterility in F1 hybrids between PWD female and B6 male. Using F1 hybrids between PWD and B6.PWD-Chr# consomic panel we tried to answer basic questions such as how many genetic loci control F1 hybrid sterility? Where in the genome are hybrid sterility loci located? Genetic studies in Drosophila species showed disproportionate contribution of Chr X on hybrid sterility. In our study we decided to genetically map the loci on Chr X contributing to F1 hybrid sterility. Using positional cloning strategies and expression profiling experiments we wanted to identify candidate genes that might be responsible for F1 sterility.
B. Understanding the mechanistic basis of F1 hybrid sterility.
The mammalian speciation gene Prdm9 perform dual role in hybrid sterility and in control of the meiotic recombination hotspots (Mihola, Trachtulec et al. 2009; Parvanov, Petkov et al. 2010).The dual function of Prdm9 prompted us to analyze the mechanistic basis of hybrid sterility, asking three specific questions: (a) Which subcellular and molecular processes are involved in the spermatogenic breakdown? (b) Are the meiotic defects leading to hybrid male sterility indeed male specific (Haldane’s rule)? (c) What can we learn about hybrid sterility by manipulating the individual components of its genetic architecture?
C. Dissecting Muller’s dominance theory as explanation for Haldane’s rule.
The F1 hybrid sterility is male limited as explained by Haldane’s rule (Haldane 1922). The generally accepted explanation of Haldane´s rule is the dominance theory proposed by Herman Muller (Muller H 1942) stating that the sex dependent effect on hybrid fitness is due to recessive nature of X-linked mutations effective in hemizygous XY males but not in XX females. Here we asked whether the homozygosity of X-linked hybrid sterility gene in F1 hybrid females influences the fertility and meiotic phenotype similar as that of F1 hemizygous males. The study will represent the first experimental test of dominance theory of Haldane’s rule in mammals.