Silencing of Transposable Elements in Plants and Implications for Rationalised Transgene Design

• Název práce v češtině: Umlčování transponovatelných elementů v rostlinách a využití poznatků pro vylepšené navrhování transgenů
• Název v anglickém jazyce: Silencing of Transposable Elements in Plants and Implications for Rationalised Transgene Design
• Klíčová slova: Transponovatelné elementy, Transgeny, Epigenetické umlčování, PTGS, RNA-dependentní DNA metylace
• Klíčová slova anglicky: Transposable elements, Transgenes, Epigenetic silencing, Transgenesis, PTGS, RNA-dependent DNA methylation
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: bakalářská práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Lukáš Fischer, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 05.10.2023
• Datum zadání: 25.01.2024
• Datum potvrzení stud. oddělením: 31.01.2024
• Datum odevzdání elektronické podoby: 29.04.2024

Předběžná náplň práce

Cílem práce je nalezení paralel mezi molekulárními mechanismy epigenetického umlčování transgenů a přirozenými mechanismy udržujícími integritu rostlinných genomů. Transgeny se sice vyskytují i přirozeně, ale selekční tlak, který vyvolávají, není takový, aby vedl k evoluci tolika vysoce účinných obranných mechanismů, které u rostlin nacházíme. Hlavním evolučním hráčem ve vývoji mechanismů vůči invazivním genetickým elementům jsou zřejmě transpozóny a viry, jejichž množení v buňkách (genomech) je nutné silně omezovat. V evoluci mechanismů ale mohla hrát důležitou roli i potřeba vyrovnávat se se zmnoženými úseky vlastního genomu a racionálně využívat jejich potenciál. Zatímco obrana proti virům musí být co nejúčinnější, obrana proti množení transpozónů musí být sice velmi účinná, ale zároveň je pro organismy výhodné nějakou aktivitu zachovat, protože slouží jako velmi užitečný zdroj variability genetické informace, a jsou tedy jedním z motorů evoluce. Zmnožení či přestavby genomu rovněž vedly k potřebě vytvoření obranných/regulačních procesů, jež pomáhají vyrovnávat nežádoucí nadměrnou expresi některých zmnožených genů. I v těchto případech je ale pro rostlinu výhodné netlumit expresi plošně, ale ponechat aspoň nějaké zmnožené úseky aktivní, protože mohou získat novou funkci, a tím zvýšit fitness daného jedince a potažmo druhu.
Mechanismy, jimiž se organismy vyrovnávají s invazními genetickými elementy a jež využívají k regulaci exprese vlastních genů, se významnou měrou uplatňují i při tlumení exprese člověkem vložených transgenů. Detailní pochopení mechanismů přirozeného umlčování genů u rostlin proto může vést k vylepšené tvorbě rekombinantních genových konstruktů, jež budou zajišťovat stabilnější expresi transgenů.