Mechanismus adaptace na extrémní prostředí je dlouhodobě atrakticní otázkou pro evoluční biology. Život v hlubokých vodách vyžaduje dostatečný počet takových adaptací, aby byl organismus schopen existence za působení limitujících faktorů jako např. nízká koncentrace kyslíku nebo vysoký tlak. Hemoglobin je základní molekula pro transport kyslíku po těle a je tedy příkladem molekuly, jejíž změna (adaptace) může mít dalekosáhlé důsledky. Práce bude zaměřena na dva molekulární mechanismy adaptací, a to konkrétně: 1) DNA mutace, a 2) změny v genové expresi. Tyto mechanismy budou studovány na čtyřech modelových skupinách vrubozubcovitých ryb (cichlid, čeleď Cichlidae), u nichž je znám výskyt v hlubokých vodách. Genomika a transkritpomika budou využity k získání sekvencí hemoglobinových genů a úrovně jejich exprese. Tento projekt má za cíl porozumět hlouběji tomu, jak může prostředí, ve kterém dané ryby žijí, modifikovat dopady evoluce (konkrétně přírodního výběru). Konkrétněji pak bude možno na zvolených parametrech (jako je tlak či obsah kyslíku v prostředí) generalizovat, jak se na molekiulární úrovni projeví změny DNA, jaký mají efekt, a konečně jestli dochází k obdobným změnám (tedy ke konvergenci) i u nepříbuzných linií paprskoploutvých ryb.
Preliminary scope of work in English
The mechanisms of adaptation to extreme environment represent challenging topic for evolutionary biologists. Life in deep waters requires substantial amount of such adaptations to deal with the limiting factors like low oxygen level or extremely high pressure. Hemoglobins are essential for oxygen transport, and represent therefore an example of putatively adaptive molecules. Two molecular mechanisms of adaptation – i.e. 1) DNA mutation and 2) differential gene expression of these proteins will be studied in four independent model systems of cichlid fishes focusing on the deep-water specialists. Genomic and transcriptomic approach will be applied to obtain DNA sequences of hemoglobin genes, and the expression level of each of them, respectively. This will allow a deeper understanding of how specifically environment shapes natural selection. In particular by isolating certain factors (such as pressure or oxygen deficiency) we can generalize how, at the molecular level, changes accumulate, their effect, and whether the functional changes are homologous or convergent across lineages of teleost fishes.
- assigned by the advisor