Vliv bottlenecku a selekce na variabilitu MHC genů v reliktních a nově vzniklých populacích bobra evropského

• Thesis title in Czech: Vliv bottlenecku a selekce na variabilitu MHC genů v reliktních a nově vzniklých populacích bobra evropského
• Thesis title in English: Bottleneck and selection effects on MHC genes variability in relic and newly formed Eurasian beaver populations
• Key words: bobr, MHC, selekce, bottleneck, populační struktura
• English key words: beaver, MHC, selection, bottleneck, population structure
• Academic year of topic announcement: 2019/2020
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Zoology (31-170)
• Supervisor: doc. Mgr. Pavel Munclinger, Ph.D.
• Author: hidden - assigned by the advisor
• Date of registration: 07.11.2019
• Date of assignment: 07.11.2019
• Date of electronic submission: 09.08.2021
• Date of proceeded defence: 22.09.2021
• Opponents: prof. Mgr. et Mgr. Josef Bryja, Ph.D.

Guidelines

Práce spadá vhodně do témat studijného zaměření. Navíc jsou vhodné přednášky o imunologii.

Preliminary scope of work

Bobr evropský přežil významný bottleneck (dramatické snížení velikosti populace) v několika malých izolovaných (takzvaných reliktních) populacích, kde došlo k výraznému snížení genetické variability. V posledních desetiletích došlo díky kombinaci přirozeného šíření a početným introdukcím k fenomenálnímu „návratu bobra“, tedy osídlení značné části původního areálu před bottleneckem. V nově vzniklých populacích vznikají křížením bobrů různého původu unikátní genetické kombinace, které jsou testovány v přirozených podmínkách. Díky minimální variabilitě reliktních populací navíc známe přesný původ jednotlivých alel. Předchozí studie naznačily v rámci savců zcela unikátní snížení variability také na MHC genech. Zatímco u jiných druhů savců většinou nalézáme na MHC genech velké množství alel, na jediném podrobně studovaném MHC lokusu (DRB) u bobrů byla ve většině reliktních populací zjištěna jediná privátní (unikátní pro danou populaci) alela. Analýza sekvencí naznačuje, že se zřejmě jedná o výsledek bottlenecku a nikoliv sníženého selekčního tlaku na daný lokus.
Cíle diplomové práce:
1) Potvrdit nízkou variabilitu DRB sekvenací vzorků z reliktních populací, které dosud nebyly prostudovány.
2) Potvrdit (či vyvrátit) obecně nízkou variabilitu MHC u bobra analýzou dalšího lokusu MHC.
3) Detekovat selekci v minulosti na obou lokusech pomocí analýzy sekvencí ze vzorků z reliktních populací.
4) Detekovat adaptivní výhodu alel nebo jejich kombinací v nově založených populacích.
Konkrétní postup, otázky a testované hypotézy:
1) Doposud nestudované reliktní populace jsou zajímavé nejen jako doplnění současných dat. Běloruská reliktní populace byla zřejmě relativně velká a výrazně strukturovaná, sestávala tedy z několika izolovaných subpopulací. Voroněžská reliktní populace sloužila jako častý zdroj pro introdukce. Vzorky z několika míst Běloruska i z Voroněže jsou k dispozici v laboratoři. Vzhledem k očekávané nízké variabilitě bude pro sekvenování použita klasická Sangrova metoda. V případě nejasností bude využito klonování. Vzhledem ke komplexnosti Běloruského refugia očekáváme, že by se zde mohlo vyskytnout více alel než jiných reliktních populacích. V obou reliktních populacích však očekáváme nízkou variabilitu, což bude následně značnou výhodou při zjišťování původu alel v nově vzniklých populacích.
2) Předchozí studie na myši domácí ukázala, že variabilita MHC genů jen s minimální fyzickou vzdáleností na chromosomu se může významně lišit. Bude tady zajímavé ověřit, zda se snížená variabilita MHC týká jen lokusu DRB nebo i dalších lokusů. Pro design markeru pro další lokus budou využita celogenomová data z příbuzného druhu, z bobra kanadského, a známé sekvence MHC lokusů jiných hlodavců. Vzorky bobrů z reliktních populací jsou dostupné v laboratoři školitele. Pokud se nevyskytnou problémy, využijeme klasické sekvenování. Cílem bude potvrdit (či vyvrátit), že se extrémně nízká variabilita MHC týká jen lokusu DRB. Zajímá nás tedy, zda je snížená variabilita DRB kompenzována větší variabilitou jiných lokusů nebo zda je celkově snížená variabilita celého MHC bottleneckem. Dřívější méně specifické práce (založené na hybridizaci a restrikčním štěpení) naznačují spíše na druhou možnost.
3) Pozitivní selekce v minulosti na sledované lokusy bude ověřena pomocí standardních testů využívající sekvenační data (testy založené na poměru synonymních a nesynonymních mutací a testy založené na frekvencích jednotlivých variant).
4) Haplotypy kontrolní oblasti mtDNA a genotypy mikrosatelitových lokusů podávají velmi dobrý obraz o původu bobrů v nově založených populacích. Malá sada mikrosatelitových lokusů poskytuje dokonce lepší signál než řádově větší množství SNPs. Pokud by na MHC lokusy působila silná selekce a některé alely nebo jejich kombinace by svým nositelům poskytovaly výhodu, měly by se v nově založených populacích vyskytovat ve vyšší frekvenci, než by odpovídalo očekávání založenému na HW rovnováze a signálu z jiných částí genomu (mtDNA a mikrosatelity). Vzorky z několika nově založených populací jsou dostupné v laboratoři. Metodika sekvenování mtDNA haplotypů a genotypizace mikrosatelitových lokusů je již odzkoušena. Pro některé jedince je dokonce možné využít i již dříve zjištěné haplotypy a genotypy. Cílem bude testovat odchylky od HW nerovnováhy na MHC lokusech, což by naznačovalo selekci ve prospěch heterozygotů nebo přítomnost asortativného křížení, a odchylky od očekávané frekvence alel (určené pomocí mikrosatelitů a mtDNA), což by naznačovalo na selekční výhodu konkrétních alel.