Mitochondriálni genomy silenky obecné a jejích příbuzných

• Thesis title in Czech: Mitochondriálni genomy silenky obecné a jejích příbuzných
• Thesis title in English: Mitochondrial genomes of Silene vulgaris and its relatives
• Key words: Mitochondrie, genomy, silenka, evoluce, vnitrodruhová a mezidruhová genetická variabilita, cytoplazmatická pylová sterilita
• English key words: Mitochondria, genomes, Silene (bladder campion), evolution, intra and interspecific genetic variation, cytoplasmic male sterility
• Academic year of topic announcement: 2020/2021
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Experimental Plant Biology (31-130)
• Supervisor: RNDr. Helena Štorchová, CSc.

References

Krüger M., Abeyawardana O.A.J., Krüger C., Juříček M., Štorchová H* (2020): Differentially Expressed Genes Shared by Two Distinct Cytoplasmic Male Sterility (CMS) Types of Silene vulgaris Suggest the Importance of Oxidative Stress in Pollen Abortion. Cells 9: 2700.
Olson M.S., Štorchová H.,Houliston G., Armstrong J. (2019): Maternal factors have stronger effect on family sex ratio than nuclear factors in a trans-Atlantic cross of Silene vulgaris. Plant Ecology and Diversity12: 103-114.
Štorchová H.*, Stone J.D., Sloan D.B., Abeyawardana O.A.J., Müller K., Walterová J., Pažoutová M. (2018): Homologous recombination changes the context of Cytochrome b transcription in the mitochondrial genome of Silene vulgaris KRA. BMC Genomics19: 874.

Preliminary scope of work

Mitochondriální genomy vyšších rostlin se velmi liší od genomů živočišných mitochondrií. Jejich velikost dosahuje až milionů párů bazí. I v současnosti probíhá přenos genů z mitochondriálního do jaderného genomu, v počtu mitochondriálních genů existují rozdíly i mezi blízce příbuznými druhy. Některé rostlinné druhy se vyznačují vysoce zrychlenou mutační rychlostí anebo extrémními hodnotami rekombinace uvnitř genomu, která “přehazuje” pořadí genů. Mezi posledně jmenované patří i silenka obecná. Dosud jsme sekvenovali úplné mitochondriální genomy u pěti populací této rostliny a nalezli výrazné odlišnosti nejen v pořadí genů, ale též v obsahu DNA. Rekombinací mezi různými mitochondriálními geny vznikají take nové chimerické geny, které mohou někdy vést k poruše produkce pylu a k pylové sterilitě, známé jako cytoplazmatická pylová sterilita.
Pozornost byla věnována především nížinným populacím silenky obecné, která je běžným druhem kulturni krajiny. V evropských horách však rostou početné populace silenky obecné, které jsou poněkud odlišné a jsou pravděpodobně ancestrálního původu. O jejich mitochondriálních genomech není dosud nic známo. Stejně tak jsou zcela neprozkoumané příbuzné druhy silenek z pobřežních oblastí Evropy. Tématem diplomové práce bude analýza dosud neprobádaných mitochondriálních genomů druhů a populace silenky. Budeme neprve sledovat a srovnávat sekvence vybraných oblastí DNA, využijeme rovněž Southernovy hybridizace, která velmi dobře určí strukturální změny genomu. Tyto studie pomohou odhalit evoluční trendy ve vývoji extrémně rekombinovaných genomů a stanou se podkladem pro výběr linií pro úplné sekvenování mitochondriálního genomu. Pro vážnější zájemce o bioinformatiku bude možnost účastnit se tohoto sekvenování, které je založeno na kombinaci Illumina a PacBio metod. Všechny postupy, experimentální i bioinformatické, jsou v naší laboratoři dobře zavedeny.

Preliminary scope of work in English

Plant and animal mitochondrial genomes are very different. The size of palnt mitogenomes may be very large, sometimes reaching millions of kb. The transfer of mitochondrial genes to the nucleus continues till now. Variable number of genes were reported even among closely related plants. Some plant species show highly accelerated mutation rates and frequent intragenomic recombinations in their mitochondria. Silene vulgaris is a well known example of pervasive intramolecular rearrangements in mitochondrial DNA. We have so far sequenced complete mitochondrial genomes of this species in five populations, and found prpofound differences in gene order, content and genomic structure. The recombination between different genes may result in the creation of novel chimeric genes, which sometimes interfere with pollen production and cause male sterility, a phenomenon called Cytoplasmic male sterility (CMS).
S. vulgaris is a wide spread common species in Europe and USA. Whereas its populations from lowlnd were extensively investigated, little attention was spent to the populations in high European mountains. They are slightly different and may be of ancestral origin. Nothing is known about their mitochondrial genomes, as well as about mitochondrial genomes of the clsoe relatives from the Mediterranean. The main topic of the Diploma thesis will be the analysis of the underinvestigated subspecies and species related to S. vulgaris. We will sequence the specific genomic region and analyze suitable genic area by Southern hybridization aiming to reveal structural differences. Those studies will reveal major evolutionary trends leading the extreme mitochondrial genomic fluidity. It will also point to the lineages, the most informative for the complete genome sequencing. The students seeking to participate in bioinformatic analyzes of Illumina and PacBio data are very welcome, but will not be required. All the methods, based both on molecular biology and bioinformatics are well adopted in our lab.