Analýza stavby a evoluce holocentrických chromozomů pavouků bioinformatickými a cytogenetickými metodami

• Název práce v češtině: Analýza stavby a evoluce holocentrických chromozomů pavouků bioinformatickými a cytogenetickými metodami
• Název v anglickém jazyce: Analysis of structure and evolution of holocentric chromosomes of spiders by bioinformatic and cytogenetic methods
• Klíčová slova: Dysderoidea, fluorescenční hybridizace in situ, genový klastr, holocentrické chromozomy, holocentromera, meióza, mitóza, RepeatExplorer, repetitivní sekvence, stavba, standardní chromozomy
• Klíčová slova anglicky: Dysderoidea, fluorescent in situ hybridisation, gene cluster, holocentric chromosomes, holocentromere, meiosis, mitosis, RepeatExplorer, repetitive sequences, structure, standard chromosomes
• Akademický rok vypsání: 2025/2026
• Typ práce: disertační práce
• Ústav: Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Jiří Král, CSc.

Předběžná náplň práce

Holocentrické chromozomy jsou zvláštním a odvozeným typem chromozomů, které vznikaly opakovaně u různých skupin prvoků, rostlin a živočichů. Vyznačují se specifickou stavbou (nemají například lokalizovanou centromeru), mají zvláštní chování v mitotickém a meiotickém dělení. Specifická je i karyotypová evoluce holocentrických chromozomů. Ačkoliv celkový počet druhů, které se vyznačují touto chromozomovou stavbou, činí několik stovek tisíc, vznik a evoluce těchto chromozomů nebyly dosud uspokojivě vysvětleny. Předkládaný projekt se bude zabývat vznikem a evolucí holocentrických chromozomů u pavouků nadčeledi Dysderoidea a evolucí chromozomů u jejich nejbližších příbuzných se standardní stavbou chromozomů.
V bioinformatické části projektu budou pomocí programu RepeatExplorer a podobných programů identifikovány a charakterizovány nejčastější repetice v genomech modelových druhů holocentrických pavouků a jejich nejbližších příbuzných se standardní stabou chromozomů. Tyto druhy budou reprezentovat hlavní evoluční větve pavouků s holocentrickými chromozomy a jejich nejbližší příbuzné se standardní stavbou chromozomů. Genomová data pro analýzu budou získána shot-gun NGS sekvenací s nízkým pokrytím genomu. Program RepeatExplorer a podobné programy jsou nové, silné bioinformatické nástroje pro identifikaci a charakterizaci různých typů sekvencí repetitivní genomove frakce. Výstupem těchto programů budou asemblované konsenzuální sekvence repetic ve studovaných genomech. Následně budou navrženy primery a amplifikovány sondy pro in situ lokalizaci vybraných repetitivních elementů na chromozomových preparátech modelových druhů. Informace o repeticích mohou být důležité pro objasnění evoluce holocentrických chromozomů u pavouků, detekci potenciálních repetic holocentromer a objasnění transformace standardních chromozomů na holocentrické.

Cytogenetická část práce bude zaměřena na identifikaci nejčastějších chromozomových přestaveb, evoluci repetitivně uspořádaných genů (18S rRNA, 5S rRNA, H3) a průběh meiotického dělení. U zástupců několika diverzifikovaných rodů s holocentrickými chromozomy (Dysdera, Harpactea, Dysderocrates, Segestria) a nejbližších příbuzných se standardními chromozomy (Calponia, Trogloraptor) bude stanoven karyotyp a poloha genových klastrů na chromozomech. Srovnání vzoru klastrů u analyzovaných zástupců umožní stanovit pattern evoluce těchto sekvencí u pavouků s holocentrickými chromozomy a detegovat některé typy chromozomových přestaveb, ke kterým docházelo v evoluci těchto pavouků.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Holocentric chromosomes are a derived type of chromosomes that have arisen repeatedly in different groups of protozoa, plants and animals. They are characterized by a specific structure (they do not have, for example, a localized centromere) and have a special behaviour in mitotic and meiotic division. The karyotype evolution of holocentric chromosomes is also specific. Although the total number of species characterized by this chromosome structure is several hundred thousand, the origin and evolution of holocentric chromosomes have not yet been satisfactorily explained. The present project will address the origin and evolution of holocentric chromosomes in spiders of the superfamily Dysderoidea and the evolution of chromosomes in their closest relatives with standard chromosome structure.
In the bioinformatic part of the project, the most frequent repeats in the genomes of model species of holocentric spiders and their closest relatives with standard chromosomes will be identified and characterized using RepeatExplorer and similar programs. Selected species will represent the main evolutionary branches of spiders with holocentric chromosomes and their closest relatives with standard chromosome structure. Genomic data for analysis will be obtained by shot-gun NGS sequencing with low genome coverage. RepeatExplorer and similar programs are new, powerful bioinformatics tools for identifying and characterizing various types of sequences of the repetitive genome fraction. The output of these programs will be assembled consensus sequences of repeats in the genomes under study. Subsequently, primers will be designed and probes amplified for in situ localization of selected repetitive elements on chromosome preparations of model species. Information on repeats may be important for elucidating the evolution of holocentric chromosomes in spiders, detecting potential holocentromere repeats, and elucidating the transformation of standard chromosomes to holocentric ones.
The cytogenetic part of the work will be focused on the identification of the most common chromosome rearrangements, the evolution of repetitively arranged genes (18S rRNA, 5S rRNA, H3) and the course of meiotic division. The karyotype and position of gene clusters on chromosomes will be determined in representatives of several diversified genera with holocentric chromosomes (Dysdera, Harpactea, Dysderocrates, Segestria) and closest relatives with standard chromosomes (Calponia, Trogloraptor). Comparison of the pattern of gene clusters in the analyzed representatives will allow to determine basic traits of evolution of these sequences in spiders with holocentric chromosomes as well as to detect some types of chromosome rearrangements that occurred during evolution of these spiders.