Jak pomocí cytometrie odhalit, k čemu jsou rostlinám holocentrické chromosomy

Petr Bureš, František Zedek, Jakub Šmerda, Pavel Veselý & Klára Plačková

Ústav botaniky a zoologie, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita, Brno Monocentrické Holocentrické Dvě strukturní alternativy u eukaryot

Kinetochor omezený na malou Kinetochor pokrývající většinu „hřbetního“ oblast = centromeru povrchu chromosomů

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Monocentrické Holocentrické V anafázi záření záření buněčného dělení Acentrický Fragment s fragment kinetochorem ztracen zachován Mikrotubuly táhnou za malý „Vyztužené“ chromatidy se kinetochor, „vlající“ ramena rozestupují paralelně, jsou tažena pasivně „zapřaženy“ v celé své délce

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno scorpions of family spider families of Buthidae 800 spp. Dysderidae & Holocentrické chromosomy u rostlin (a živočichů) Segestriidae 600 spp. Trithuria Hydatellaceae 10 ssp. Myristica basal Myristicaceae angiosperms 180 spp. Odonata = order of dragonflies 5 500 spp. Myriapoda = subphyllum of centipeds; monocots Thurniaceae and millipedes 8 000 spp. 4 spp.

Lepidoptera = order of butterflies 165 000 spp. Juncaceae Trichoptera = order of 5430 spp. sedgeflies 8 000 spp. 430 spp. Chionoghraphis Melanthiaceae 6 spp. Auchenorrhyncha = suborder of cicads 30 000 spp. Heteroptera Phthiraptera = suborder of bugs = order of louses 50 000 spp. 4 000 spp. 110 spp. Cuscuta Convolvulaceae subgen. Cuscuta, subgen. Grammica 60 spp. Sternorrhyncha = suborder of scale insects and aphids 12 000 spp.

Nematoda = phyllum Onychophora = archaic of roundworms 20 000 spp. primitive phyllum of velvet worms charophycean green algae class Zygnematophyceae 4100 spp. of wet tropics 80 spp. Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno scorpions of family spider families of Buthidae 800 spp. Dysderidae & Holocentrické chromosomy u rostlin (a živočichů) Segestriidae 600 spp. Trithuria Hydatellaceae 10 ssp. Myristica Holocentrismusbasal vzniká opakovaněMyristicaceae a nezávisle angiosperms 180 spp. Odonata = order of dragonflies 5 500 spp. Myriapoda = subphyllum of centipeds; monocots Thurniaceae and millipedes 8 000 spp. Když ale něco vzniká v evoluci opakovaně,4 spp. Lepidoptera = order of butterflies 165 000 spp. Juncaceae Cyperaceae Trichoptera = order of mělo by to být k něčemu dobré ... sedgeflies 8 000 spp. 5430 spp. 430 spp. Chionoghraphis Melanthiaceae 6 spp. eudicots Auchenorrhyncha = suborder of cicads 30 000 spp. Heteroptera Phthiraptera K čemu je dobrý chromosomální= suborder of bugs = order of louses Drosera 50 000 spp. 4 000 spp. Droseraceae 110 spp. Cuscuta Convolvulaceae holocentrismus?subgen. Cuscuta, subgen. Grammica 60 spp. Sternorrhyncha = suborder of scale insects and aphids 12 000 spp.

Nematoda = phyllum Onychophora = archaic of roundworms 20 000 spp. primitive phyllum of velvet worms charophycean green algae class Zygnematophyceae 4100 spp. of wet tropics 80 spp. Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Monocentrické Holocentrické V anafázi záření zářeníMohlo by to souvisetbuněčného se zářením ... dělení VýbuchyAcentrický supernov? Fragment s fragment kinetochorem Změnyztracen polarity zemského magnetismu? zachován Mikrotubuly táhnou za malý „Vyztužené“ chromatidy se Sopečnékinetochor, erupce? „vlající“ ramena rozestupují paralelně, jsou tažena pasivně „zapřaženy“ v celé své délce ? Co terestrializace?

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Hypotéza: Holocentrici holo přežívali při terestrializaci lépe než monocentrici? holo Dalo by se to testovat? holo Přestože je holocentrismus Co to zkusit cytometricky? holo? chromosomů méně častý ? než monocentrismus ... holo

... mezi liniemi, které přešly z vody na souš nápadně převažuje!

holo

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Flow-cytometrická detekce holocentrismu

Monocentrický druh Kalanchoë delagoensis

Ozářeným monocentrikům se zastaví dělení v G2 fázi Holocentrický druh Luzula sylvatica

Holocentrici se i po ozáření dělí vesele dál

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Flow-cytometrická detekce holocentrismu Monocentrické Holocentrické

Asplenium bulbiferum Aspleniaceae, NárůstFerns podílu tetraploidníchDrosera scorpioides buněkDrosera capensis Peperomia glabella Droseraceae, Droseraceae, Piperaceae, Piperales Caryophyllales Kalanchoë delagoensis , prolifera Eleocharis palustris spurium Cyperaceae, Cyperaceae, Crassulaceae, Saxifragales Poales Euonymus japonicus Celastraceae, Celastrales pilulifera Scirpus cernuus Pisum sativum Cyperaceae, Cyperaceae, Fabaceae, Fabales Poales Poales Begonia bowerae Begoniaceae, Cucurbiales Carex grayi Carex humilis Silene nocturna Cyperaceae, Cyperaceae, Caryophyllaceae, Caryophyllales Poales Poales nemorum , Ericalales Prionium serratum Luzula sylvatica Cymbalaria muralis Thurniaceae, Juncaceae, Plantaginaceae, Lamiales Poales Poales Plectranthus amboinicus Lamiaceae, Lamiales Lavandula angustifolia Lamiaceae, Lamiales Senecio articulatus Většina druhů klonálních Asteraceae, Asterales 13 druhů / 11 čeledí 10 druhů / 4 čeledi

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno UV-B záření

rostliny lesního podrostu rostliny lesního podrostu

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Pokus 1: Les-neles UV-B záření

Deforestace --- z hlediska nárůstu UV-B záření analogie přechodu z vody na souš

rostliny lesního podrostu rostliny lesního podrostuna pasece

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Pokus 1: Les-neles Holo Carex digitata Carex leporina Carex pilosa Luzula luzuloides Mono Alliaria petiolata Convallaria majalis Galium odoratum Melica nutans Melica uniflora Poa nemoralis Primula veris Urtica dioica

párový design rostliny lesního podrostu 5 vers 5 rostliny lesního podrostu Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Podobá se to sice patternu který jsme viděli u gama záření, Pokus 1: Les-neles nicméně Pro každý druh na každé lokalitě

G2 / (G1+G0) G2 / (G1+G0) G1 + G2 G0

5x v sousedním lese 5x na pasece

Nakonec jsme pro každý druh nárůsty G2 / (G1+G0) na pasece G2 / (G1+G0) v sousedním lese

zprůměrovali a porovnali jsme ... Holocentriky s monocentriky

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Podobá se to sice patternu který jsme viděli u gama záření, Pokus 1: Les-neles 4 holocentrics nicméně 8 monocentrics Mann-Whitney p = 0.1091 rozdíl mezi Pro každý druh na každé lokalitě Holo spočítán nárůst poměru G1 a + G2 / (G1+G0) G2 Mono na pasece G0 není signifikantní oproti tomuto poměru, naměřeném G2 / (G1+G0) v sousedním lese Nakonec jsme pro každý druh nárůsty

G2 / (G1+G0) na pasece G2 / (G1+G0) v sousedním lese

zprůměrovali a porovnali jsme ... Holocentriky s monocentriky

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Pokus 1: Les-neles V regresním absorbance při 280–315 nm modelu vyšla signifikantní interakce mezi UV-B a typem struktury chromosomů (Holo nebo Mono)

S rostoucím UVb roste poměr G2 / (G1 + G0)

N = 1009: 314 holo, 695 mono

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Pokus 1: Les-neles

Monocentrici: G2 / (G0 + G1) roste v závislosti na UV-B protektivech rychleji Holocentrici: sklon růstu G2 / (G0 + G1) v závislosti na UV-B protektivech se neliší signifikantně od nuly

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Pokus 2: Graminoidi na altitudinálním gradientu 2900 m

2320 m Holo Carex flacca Luzula nemorosa 2020 m Kobresia myosuroides Juncus compressus Carex digitata Carex leporina 1480 m Luzula spicata Mono Sesleria caerulea Koeleria insubrica 920 m Deschampsia cespitosa filiformis Festuca rubra ssp. juncea 270 m Nardus stricta Brno Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Pokus 2: Graminoidi na Ze střední části listu Made by O. Knápek = altitudinálním gradientu jsme odebrali 2x stejnou délku

Odběry: 7. 5. 2018 6. 6. 2018 7. 7. 2018 6. 8. 2018

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Pokus 2: Graminoidi na altitudinálním gradientu S rostoucí nadmořskou výškou roste poměr G2 / (G0 + G1)

V regresním modelu je signifikantní interakce chromosomálního typu (holo- nebo monocentrické) a nadmořské výšky

827 hodnot pro G2 / (G0+G1)

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Pokus 2: Graminoidi na altitudinálním gradientu Monocentrici: G2 / (G0 + G1) roste s nadmořskou výškou rychleji

Holocentrici: sklon růstu G2 / (G0 + G1) v závislosti na nadmořské výšce se neliší signifikantně od nuly 827 hodnot G2/(G0+G1), z toho 427 pro holo a 400 pro mono

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Beckman et al. (2014) in Methods in Ecology and Evolution 5: 372–383. Miehe et al. (2008) in Ambio 37: 272–279. Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno „Pokus 3“: Holo- a monograminoidi v kompetici

síť: 0.05 ° x 0.05 ° UV-B každá půlhodina od 1. 1. 1984 do 31. 8.2003

700 GB dat

Excerpovány průměrné 324 146 georeferencovaných vegetačních snímků denní dávky z vegetačních bez stromového patra sezón 1984-2003 s přítomností + (Cyperaceae nebo Juncaceae)

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno „Pokus 3“: Holo- a monograminoidi v kompetici

pro každý snímek spočítán poměr pokryvností (Cyper + Junc) / Poaceae

pro každý snímek spočítán vážený průměr indikačních hodnot pro vlhkost

pro celý soubor spočítána regrese: vlhkost → (Cyper + Junc) / Poaceae = Holo/Mono

Analyzována rezidua

324 146 georeferencovaných vegetačních snímků bez stromového patra s přítomností Poaceae + (Cyperaceae nebo Juncaceae)

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno „Pokus 3“: Holo- a Analýza reziduí (Cyper + Junc) / Poaceae ← UV-B monograminoidi v kompetici

Excerovány průměrné 324 146 georeferencovaných vegetačních snímků denní dávky z vegetačních bez stromového patra sezón (21. 6. – 23. 9.) s přítomností Poaceae + (Cyperaceae nebo Juncaceae) 1984–2003

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno „Pokus 3“: Holo- a monograminoidi v kompetici

S rostoucím UV-B zářením se poměr holo / mono u graminoidů zvyšuje

324 146 snímků bez stromového Excerovány průměrné patra s přítomností Poaceae + denní dávky z vegetačních (Cyperaceae nebo Juncaceae) sezón (21. 6. – 23. 9.) 1984–2003

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Závěry: - Také dnešní monocentrici mohou mít ve vyšším UV-B větší problémy než holocentrici (les-neles, altitudinální gradient). - Menší kompetitivnost dnešních holocentriků je o něco méně malá pokud „soutěží“ s monocentriky ve vyšším UV-B záření. - V žádném případě nechceme říci, že je (z dlouhodobého hlediska) holocentrismus výhodnější než monocentrismus !!! - Rovněž zkoumání role šáchorovitých a trav v dnešních ekosystémech předmětem našeho výzkumu opravdu nebylo !!! - Jen jsme podpořili naši hypotézu, že terestrializace pozemského života mohla být jedním z evolučních kontextů, při kterých mohl být holocentrismus „k něčemu dobrý“

Plant Biodiversity & Biosystematics Masaryk University Brno Mag.Dr. Alois W. Schmalwieser Mgr. František Zedek, Ph.D. Unit of Physiology and Biophysics University of Veterinary Medicine, Vienna, Austria

Mgr. Jakub Šmerda, Ph.D. Mgr. Jakub Nezval, Ph.D. Katedra Fyziky Mgr. Pavel Veselý, Ph.D.

prof. RNDr. Milan Chytrý, Ph.D. Mgr. Petr Šmarda, Ph.D. Děkuji za

Klára Plačková pozornost Mgr. Ilona Knollová, Ph.D.

Mgr. Lucie Horová

doc. Mgr. Lubomír Tichý, Ph.D. Mgr. Daniela Bártová

Jana Kocmanová